使用 Cloud Workstations 与 NodeJS 进行 InnerLoop 开发

1. 概览

本实验演示了一些特性和功能，这些特性和功能旨在简化在容器化环境中开发 NodeJS 应用的软件工程师的开发工作流。典型的容器开发要求用户了解容器和容器构建流程的详细信息。此外，开发者通常需要中断他们的流程，离开 IDE，以在远程环境中测试和调试其应用。借助本教程中提到的工具和技术，开发者无需离开 IDE 即可高效使用容器化应用。

学习内容

在本实验中，您将学习在 Google Cloud 中使用容器进行开发的方法，包括：

  • 创建起始 Nodejs 应用
  • 配置 Nodejs 应用以进行容器开发
  • 编写简单的 CRUD REST 服务
  • 部署到 GKE
  • 调试错误状态
  • 利用断点 / 日志
  • 将更改热部署回 GKE
  • 可选：集成 CloudSQL 以实现后端持久性

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2. 设置和要求

自定进度的环境设置

  1. 登录 Google Cloud 控制台，然后创建一个新项目或重复使用现有项目。如果您还没有 Gmail 或 Google Workspace 账号，则必须创建一个。

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  • 项目名称是此项目参与者的显示名称。它是 Google API 尚未使用的字符串。您可以随时对其进行更新。
  • 项目 ID 在所有 Google Cloud 项目中是唯一的，并且是不可变的（一经设置便无法更改）。Cloud 控制台会自动生成一个唯一字符串；通常您不在乎这是什么在大多数 Codelab 中，您都需要引用项目 ID（它通常标识为 PROJECT_ID）。如果您不喜欢生成的 ID，可以再随机生成一个 ID。或者，您也可以尝试自己的项目 ID，看看是否可用。完成此步骤后便无法更改该 ID，并且该 ID 在项目期间会一直保留。
  • 此外，还有第三个值，即某些 API 使用的项目编号，供您参考。如需详细了解所有这三个值，请参阅文档。
  1. 接下来，您需要在 Cloud 控制台中启用结算功能，以便使用 Cloud 资源/API。运行此 Codelab 应该不会产生太多的费用（如果有费用的话）。如需关停资源，以免产生超出本教程范围的结算费用，您可以删除自己创建的资源或删除整个项目。Google Cloud 的新用户符合参与 $300 USD 免费试用计划的条件。

启动 Cloudshell 编辑器

本实验旨在与 Google Cloud Shell Editor 搭配使用，并经过测试。要访问该编辑器，请按以下步骤操作：

  1. 通过 https://console.cloud.google.com 访问您的 Google 项目。
  2. 点击右上角的 Cloud Shell 编辑器图标

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  1. 窗口底部会打开一个新窗格
  2. 点击“打开编辑器”按钮

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  1. 编辑器将打开，右侧为探索器，中心区域为编辑器
  2. 屏幕底部还应提供一个终端窗格
  3. 如果终端未打开，请使用 `ctrl+` 的组合键打开新的终端窗口

设置 gcloud

在 Cloud Shell 中，设置项目 ID 以及要将应用部署到的区域。将它们保存为 PROJECT_ID 和 REGION 变量。

export PROJECT_ID=$(gcloud config get-value project)
export PROJECT_NUMBER=$(gcloud projects describe $PROJECT_ID --format='value(projectNumber)')

预配本实验中使用的基础架构

在本实验中，您会将代码部署到 GKE，并访问存储在 CloudSQL 数据库中的数据。下面的设置脚本会为您准备此基础架构。

  1. 下载设置脚本并使其可执行。
wget https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/container-developer-workshop/main/labs/nodejs/setup_with_cw.sh
chmod +x setup_with_cw.sh
  1. 打开 setup_with_cw.sh 文件，然后修改当前设为“CHANGEME”的密码的值
  2. 运行设置脚本，以建立您将在本实验中使用的 GKE 集群和 CloudSQL 数据库
./setup_with_cw.sh &

Cloud Workstations 集群

  1. 在 Cloud 控制台中打开 Cloud Workstations。等待集群处于 READY 状态。

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创建工作站配置

  1. 如果您的 Cloud Shell 会话已断开连接，请点击“重新连接”然后运行 gcloud cli 命令来设置项目 ID。运行命令之前，请将以下示例项目 ID 替换为您的 qwiklabs 项目 ID。
gcloud config set project qwiklabs-gcp-project-id
  1. 在终端中下载并运行以下脚本以创建 Cloud Workstations 配置。
wget https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/container-developer-workshop/main/labs/nodejs/workstation_config_setup.sh
chmod +x workstation_config_setup.sh
./workstation_config_setup.sh
  1. 验证“Configurations”（配置）部分下的结果。转变为“就绪”状态需要 2 分钟。

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  1. 在控制台中打开 Cloud Workstations 并创建新实例。

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  1. 将名称更改为“my-workstation”，然后选择现有配置：codeoss-js。

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  1. 验证“Workstations”部分下的结果。

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启动工作站

  1. 启动和启动工作站。启动工作站需要几分钟的时间。

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  1. 通过点击地址栏中的图标允许第三方 Cookie。1b8923e2943f9bc4

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  1. 点击“网站无法访问？”。

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  1. 点击“允许 Cookie”。

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  1. 工作站启动后，您会看到 Code OSS IDE 启动。点击“标为已完成”在“使用入门”页面一是工作站 IDE

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3. 创建新的 Nodejs 起始应用

在本部分中，您将创建一个新的 Nodejs 应用。

  1. 打开一个新的终端。

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  1. 在 Cloud Shell 中，创建一个名为 mynodejsapp 的新目录
mkdir mynodejsapp

如果您看到这条消息，请点击“允许”按钮，以便将其复制并粘贴到工作站中。

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  1. 切换到此目录并将其作为工作区打开。此操作会在新创建的文件夹中创建工作区配置，从而重新加载编辑器。
cd mynodejsapp && code-oss-cloud-workstations -r --folder-uri="$PWD"
  1. 再次打开新终端。使用 NVM 安装 Node 和 NPM。
curl -o- https://raw.githubusercontent.com/nvm-sh/nvm/v0.39.2/install.sh | bash
        
        # This loads nvm bash_completion
export NVM_DIR="$HOME/.nvm"
[ -s "$NVM_DIR/nvm.sh" ] && \. "$NVM_DIR/nvm.sh"  # This loads nvm
[ -s "$NVM_DIR/bash_completion" ] && \. "$NVM_DIR/bash_completion"  

nvm install stable

nvm alias default stable

4. 创建新的起始应用

  1. 初始化应用

通过运行以下命令创建 package.json 文件

npm init

    Choose the `entry point: (index.js) src/index.js` and leave default values for the rest of the parameters. This will create the `package.json` file with following contents

{
  "name": "mynodejsapp",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "src/index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "author": "",
  "license": "ISC"
}
  1. 添加入口点

在 IDE 中打开并修改 package.json 文件，以将启动命令添加到脚本 "start": "node src/index.js", 中。更改后，脚本应如以下代码段所示：

"scripts": {
    "start": "node src/index.js",
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  1. 添加极速依赖项

我们要添加的代码也使用 express，因此我们将该依赖项添加到此 package.json 文件中。因此，完成所有更改后，package.json 文件应如下所示。

{
 "name": "mynodejsapp",
 "version": "1.0.0",
 "description": "",
 "main": "src/index.js",
 "scripts": {
   "start": "node src/index.js",
   "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
 },
 "author": "",
 "license": "ISC",
 "dependencies": {
   "express": "^4.17.3"
 }
}
  1. 创建 index.js 文件

在资源管理器视图中选择“新建文件夹”，创建名为 src 的源目录。

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创建 src/index.js 文件

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，替换为以下代码

const express = require('express');
const app = express();
const PORT = 8080;

app.get('/', (req, res) => {
    var message="Greetings from Node";
    res.send({ message: message });
  });

app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server running at: http://localhost:${PORT}/`);

});

请注意，PORT 已设置为 8080 值

生成清单

Skaffold 提供集成工具以简化容器开发。在此步骤中，您将初始化 Skaffold，它会自动创建基础 Kubernetes YAML 文件。执行以下命令以开始该过程。

在终端中执行以下命令

skaffold init --generate-manifests

当系统提示时：

  • 输入 8080 作为端口
  • 输入 y 以保存配置

向工作区可视化图表添加了 skaffold.yaml 和 deployment.yaml 两个文件

更新应用名称

配置中包含的默认值目前与应用的名称不匹配。更新文件以引用您的应用名称，而不是默认值。

  1. 更改 Skaffold 配置中的条目
  • 打开skaffold.yaml
  • 选择当前设为“package-json-image”的映像名称
  • 右键点击并选择“更改所有出现次数”
  • 输入新名称 mynodejsapp
  1. 更改 Kubernetes 配置中的条目
  • 打开 deployment.yaml 文件
  • 选择当前设为“package-json-image”的映像名称
  • 右键点击并选择“更改所有出现次数”
  • 输入新名称 mynodejsapp

请注意，在 skaffold.yaml 文件中，build 部分使用 buildpacks 将应用容器化。此代码不包含 Dockerfile，并且开发者无需具备任何 Docker 知识就能将此应用容器化。

此外，通过此 Skaffold 配置，会自动在编辑器和正在运行的容器之间启用热同步。无需其他配置即可启用热同步。

5. 开发过程介绍

在本部分中，您将逐步完成使用 Cloud Code 插件的几个步骤，了解基本流程并验证起始应用的配置和设置。

Cloud Code 与 Skaffold 集成，可简化您的开发流程。当您按以下步骤部署到 GKE 时，Cloud Code 和 Skaffold 会自动构建容器映像，将其推送到 Container Registry，然后将应用部署到 GKE。这是在后台将细节从开发者流程中提取出来的。Cloud Code 还可以为基于容器的开发提供传统的调试和热同步功能，从而增强您的开发流程。

登录 Google Cloud

  1. 点击 Cloud Code 图标，然后选择“Sign in to Google Cloud”：

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  1. 点击“继续登录”。

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  1. 在终端中检查输出并打开链接：

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  1. 使用您的 Qwiklabs 学生凭据登录。

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  1. 选择“允许”：

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  1. 复制验证码并返回“工作站”标签页。

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  1. 粘贴验证码，然后按 Enter 键。

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添加 Kubernetes 集群

  1. 添加集群

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  1. 选择 Google Kubernetes Engine：

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  1. 选择项目。

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  1. 选择“mycluster”创建的新实例

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  1. 该集群现在会显示在 Cloud Code 下的 Kubernetes 集群列表中。从此处导航和探索集群。

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使用 gcloud cli 设置当前项目 ID

  1. 从 Qwiklabs 页面复制此实验的项目 ID。

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  1. 从终端运行 gcloud cli 命令，以设置项目 ID。运行命令之前，替换示例项目 ID。先替换项目 ID，然后再运行以下命令。
gcloud config set project qwiklabs-gcp-project-id

将容器部署到 Kubernetes

  1. 在 Cloud Shell Editor 底部的窗格中，选择 Cloud Code 

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  1. 在顶部显示的面板中，选择“开发会话”下方的 Run on Kubernetes（在 Kubernetes 上运行）。如果出现提示，请选择“Yes”以使用当前的 Kubernetes 上下文。

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  1. 首次运行此命令时，屏幕顶部会显示一条提示，询问您是否需要当前的 Kubernetes 上下文，请选择“是”接受并使用当前上下文。

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  1. 接下来，系统会显示一条提示，询问要使用哪个容器注册表。按 Enter 键可接受提供的默认值

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  1. 选择下部窗格中的“Output”（输出）标签页，然后选择下拉菜单中的 Kubernetes: Run/Debug（Kubernetes：运行/调试），以查看进度和通知

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  1. 选择“Kubernetes：运行/调试 - 详细”查看右侧渠道下拉菜单中的 其他详细信息和实时从容器流式传输的日志

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  1. 选择“Kubernetes: Run/Debug”返回简化的视图下拉菜单
  2. 构建和测试完成后，“Output”（输出）标签页会显示 Resource deployment/mynodejsapp status completed successfully，并列出了一个网址：“Forwarded 网址 from service demo-app: http://localhost:8080”
  3. 在 Cloud Code 终端中，将鼠标悬停在输出中的网址 (http://localhost:8080) 上，然后在显示的工具提示中选择“Follow Link”。

响应将是：

{"message":"Greetings from Node"}

热重载

  1. 前往 src/index.js。将问候消息的代码修改为 'Hello from Node'

请注意，在 Output 窗口的 Kubernetes: Run/Debug 视图中，Watcher 将更新后的文件与 Kubernetes 中的容器同步

Update initiated
File sync started for 1 files for gcr.io/myproject/mynodejsapp:latest@sha256:f554756b3b4d6c301c4b26ef96102227cfa2833270db56241248ae42baa1971a
File sync succeeded for 1 files for gcr.io/myproject/mynodejsapp:latest@sha256:f554756b3b4d6c301c4b26ef96102227cfa2833270db56241248ae42baa1971a
Update succeeded
  1. 如果切换到 Kubernetes: Run/Debug - Detailed 视图，您会注意到它可以识别文件更改并重启节点
files modified: [src/index.js]
Copying files:map[src/index.js:[/workspace/src/index.js]]togcr.io/myproject/mynodejsapp:latest@sha256:f554756b3b4d6c301c4b26ef96102227cfa2833270db56241248ae42baa1971a
Syncing 1 files for gcr.io/myproject/mynodejsapp:latest@sha256:f554756b3b4d6c301c4b26ef96102227cfa2833270db56241248ae42baa1971a
Watching for changes...
[mynodejsapp]
[mynodejsapp]> mynodejsapp@1.0.0 start /workspace
[mynodejsapp]> node src/index.js
[mynodejsapp]
[mynodejsapp]Server running at: http://localhost:8080/
  1. 刷新浏览器以查看更新后的结果。

调试

  1. 转到“调试”视图并停止当前线程 647213126d7a4c7b。
  2. 点击底部菜单中的 Cloud Code，然后选择 Debug on Kubernetes 以在 debug 模式下运行应用。

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  • 在 Output 窗口的 Kubernetes Run/Debug - Detailed 视图中，请注意 Skaffold 将在调试模式下部署此应用。
  • 构建和部署应用需要几分钟的时间。这次您会发现连接了调试程序。
Port forwarding pod/mynodejsapp-6bbcf847cd-vqr6v in namespace default, remote port 9229 -> http://127.0.0.1:9229
[mynodejsapp]Debugger attached.
  1. 底部状态栏的颜色从蓝色变为橙色，表示它处于调试模式。

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  1. 在 Kubernetes Run/Debug 视图中，请注意启动了一个 Debuggable 容器
**************URLs*****************
Forwarded URL from service mynodejsapp-service: http://localhost:8080
Debuggable container started pod/mynodejsapp-deployment-6bc7598798-xl9kj:mynodejsapp (default)
Update succeeded
***********************************

利用断点

  1. 打开 src/index.js
  2. 找到显示 var message="Hello from Node"; 的语句
  3. 点击行号左侧的空白处，为该行添加断点。系统会显示一个红色指示器，指明断点已设置
  4. 重新加载浏览器，并注意调试程序会在断点停止进程，并允许您调查在 GKE 中远程运行的应用变量和状态
  5. 点击“变量”部分，直到找到 "message" 变量。
  6. 按“Step over 7cfdee4fd6ef5c3a”执行该行
  7. 观察 "message" 变量的当前值更改为 "Hello from Node"
  8. 双击变量名称“target”在弹出式窗口中，将值更改为其他值，例如 "Hi from Node"
  9. 点击调试控制台中的“继续”按钮
  10. 在浏览器中查看响应，浏览器现在会显示您刚刚输入的更新值。
  11. 停止“调试”进入模式，然后再次点击停止按钮 647213126d7a4c7b 以移除该断点。

6. 开发简单的 CRUD 静态服务

至此，您的应用已完全针对容器化开发进行了配置，并且您已完成 Cloud Code 的基本开发工作流。在以下部分中，您将通过添加连接到 Google Cloud 中的代管式数据库的 REST 服务端点，练习所学知识。

配置依赖项

应用代码使用数据库来保留其余服务数据。通过在 package.json 文件中添加以下代码，确保依赖项可用

  1. 将另外两个依赖项 pg 和 sequelize 添加到 package.json 文件，以构建 CRUD 应用 Postgres。发布更改后，依赖项部分将如下所示。
    "dependencies": {
    "express": "^4.17.3",
    "pg": "^8.8.0",
    "sequelize": "^6.25.7"
  }

编写 REST 服务代码

  1. 将 CRUD 应用代码添加到此应用
wget -O app.zip https://github.com/GoogleCloudPlatform/container-developer-workshop/raw/main/labs/nodejs/app.zip

unzip app.zip

此代码包含

  • models 文件夹，其中包含 item 的实体模型
  • controllers 文件夹，包含执行 CRUD 操作的代码
  • routes 文件夹，用于将特定网址格式路由到不同的调用
  • 包含数据库连接详情的 config 文件夹
  1. 请注意，db.config.js 文件中的数据库配置是指连接到数据库时需要提供的环境变量。此外，您还需要解析传入的网址编码请求。
  2. 在 src/index.js 中添加以下代码段，以便能够从主 JavaScript 文件连接到 CRUD 代码，就在以 app.listen(PORT, () => { 开头的最后一部分之前
const bodyParser = require('body-parser')
app.use(bodyParser.json())
app.use(
 bodyParser.urlencoded({
   extended: true,
 })
)
const db = require("../app/models");
db.sequelize.sync();
require("../app/routes/item.routes")(app);
  1. 修改 deployment.yaml 文件中的部署，以添加环境变量来提供数据库连接信息。

更新文件末尾的规范条目，以与以下定义匹配

    spec:
      containers:
      - name: mynodejsapp
        image: mynodejsapp
        env:
        - name: DB_HOST
          value: ${DB_INSTANCE_IP}        
        - name: DB_PORT
          value: "5432"  
        - name: DB_USER
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: gke-cloud-sql-secrets
              key: username
        - name: DB_PASS
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: gke-cloud-sql-secrets
              key: password
        - name: DB_NAME
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: gke-cloud-sql-secrets
              key: database
  1. 将 DB_HOST 值替换为您的数据库地址
export DB_INSTANCE_IP=$(gcloud sql instances describe mytest-instance \
    --format=json | jq \
    --raw-output ".ipAddresses[].ipAddress")

envsubst < deployment.yaml > deployment.new && mv deployment.new deployment.yaml

部署并验证应用

  1. 在 Cloud Shell 编辑器底部的窗格中，选择 Cloud Code，然后选择屏幕顶部的 Debug on Kubernetes。
  2. 构建和测试完成后，“Output”（输出）标签页会显示 Resource deployment/mynodejsapp status completed successfully，并列出了一个网址：“Forwarded 网址 from service mynodejsapp: http://localhost:8080”
  3. 添加几项内容。

从 cloudshell 终端运行以下命令

URL=localhost:8080
curl -X POST $URL/items -d '{"itemName":"Body Spray", "itemPrice":3.2}' -H "Content-Type: application/json"
curl -X POST $URL/items -d '{"itemName":"Nail Cutter", "itemPrice":2.5}' -H "Content-Type: application/json"
  1. 在浏览器中运行 $网址/items 以测试 GET。您也可以从命令行运行 curl 命令
curl -X GET $URL/items
  1. 测试删除：现在尝试运行以下命令来删除商品。根据需要更改 item-id 的值。
curl -X DELETE $URL/items/1

    This throws an error message

{"message":"Could not delete Item with id=[object Object]"}

找出并解决问题

  1. 应用正在调试模式下运行。因此，请使用断点找出问题。请参考以下提示：
  • 我们知道 DELETE 出错了，因为它没有返回所需的结果。因此，您需要在 itemcontroller.js->exports.delete 方法中设置断点。
  • 逐步执行执行，并观察每一步的变量，观察左侧窗口中局部变量的值。
  • 如需观察特定值（如 request.params），请将此变量添加到“Watch”窗口。
  1. 请注意，分配给 id 的值为 undefined。更改代码以解决问题。

修复后的代码段将如下所示。

// Delete a Item with the specified id in the request
exports.delete = (req, res) => {
    const id = req.params.id;
  1. 重启应用后，通过尝试删除应用再次测试。
  2. 点击调试工具栏 647213126d7a4c7b 中的红色方块，停止调试会话

7. 清理

恭喜！在本实验中，您从头开始创建了一个新的 Nodejs 应用，并将其配置为采用容器热部署模式。然后，您按照传统应用堆栈中的相同开发者流程，将应用部署并调试到远程 GKE 集群。

在完成实验后进行清理：

  1. 删除实验中使用的文件
cd ~ && rm -rf mynodejsapp && rm -f setup.sh
  1. 删除项目以移除所有相关基础架构和资源