使用缓存管理来优化构建

您可能会发现自己一遍又一遍地重建相同的 Docker 镜像。 无论是用于软件的下一个版本，还是在本地开发过程中。 由于构建镜像是一项常见任务，因此 Docker 提供了多种加快构建速度的工具。

提高构建速度的最重要功能是 Docker 的构建缓存。

构建缓存是如何工作的？

了解 Docker 的构建缓存有助于您编写更好的 Dockerfile，从而加快构建速度。

看一下下面的示例，它显示了一个用 C 编写的程序的简单 Dockerfile。

# syntax=docker/dockerfile:1
FROM ubuntu:latest

RUN apt-get update && apt-get install -y build-essentials
COPY main.c Makefile /src/
WORKDIR /src/
RUN make build

此 Dockerfile 中的每条指令都会（大致）转换为最终镜像中的一层。 您可以将镜像层视为一个堆栈，每个层在其之前的层之上添加更多内容：

每当层发生变化时，就需要重新构建该层。 例如，假设您在 main.c 文件中对程序进行了更改。 进行此更改后，必须再次运行COPY命令才能使这些更改出现在镜像中。 换句话说，Docker 将使该层的缓存失效。

如果某个图层发生更改，则该图层之后的所有其他图层也会受到影响。 当使用COPY命令的层失效时，后面的所有层也需要重新运行：

简而言之，这就是 Docker 构建缓存。 一旦层发生变化，所有下游层也需要重建。 即使他们不会以不同的方式构建任何东西，他们仍然需要重新运行。

如何有效地使用缓存？

现在您已经了解了缓存的工作原理，您可以开始利用缓存来发挥自己的优势。 虽然缓存将自动在您运行的任何 docker 构建上工作，但您通常可以重构 Dockerfile 以获得更好的性能。 这些优化可以为您的构建节省宝贵的几秒钟（甚至几分钟）。

排列你的层

将 Dockerfile 中的命令按逻辑顺序排列是一个很好的起点。 由于更改会导致后续步骤的重建，因此请尝试使花费时间过长的步骤出现在 Dockerfile 的开头附近。 经常更改的步骤应出现在 Dockerfile 的末尾附近，以避免触发未更改的层的重建。

考虑以下示例。 从当前目录中的源文件运行 JavaScript 构建的 Dockerfile 片段：

# syntax=docker/dockerfile:1
FROM node
WORKDIR /app
COPY . .          # Copy over all files in the current directory
RUN npm install   # Install dependencies
RUN npm build     # Run build

这个 Dockerfile 效率相当低。 每次构建 Docker 镜像时，更新任何文件都会导致重新安装所有依赖项，即使依赖项自上次以来没有更改！

相反，COPY命令可以分为两部分。 首先，复制包管理文件（在本例中为package.json和yarn.lock）。 然后，安装依赖项。 最后，复制项目源代码，该源代码会经常更改。

# syntax=docker/dockerfile:1
FROM node
WORKDIR /app
COPY package.json yarn.lock .    # Copy package management files
RUN npm install                  # Install dependencies
COPY . .                         # Copy over project files
RUN npm build                    # Run build

通过在 Dockerfile 的早期层中安装依赖关系，当项目文件发生变化时，就没有必要重新构建这些层。

保持层小

加快镜像构建速度的最佳方法之一就是在构建中放入更少的内容。 零件越少，缓存就越小，但也意味着可能过时和需要重建的东西应该更少。

首先，这里有一些提示和技巧：

不要包含不必要的文件

仔细考虑您添加到镜像中的该是哪些文件。

运行COPY . /src等命令。 会将整个构建上下文COPY到镜像中。 如果您的当前目录中有日志、包管理器 artifacts，甚至以前的构建结果，这些也将被复制。 这可能会使您的镜像比需要的更大，特别是因为这些文件通常没有用处。

通过明确说明要复制的文件或目录，避免将不必要的文件添加到构建中。 例如，您可能只想将Makefile和src目录添加到镜像文件系统。 在这种情况下，请考虑将其添加到您的 Dockerfile 中：

COPY ./src ./Makefile /src

与此相反：

COPY . /src

您还可以创建 .dockerignore 文件，并使用它来指定要从构建上下文中排除的文件和目录。

聪明的使用您的包管理器

大多数 Docker 镜像构建都涉及使用包管理器来帮助将软件安装到镜像中。 Debian 有apt，Alpine 有apk，Python 有pip，NodeJS 有npm，等等。

安装软件包时，要考虑全面。 确保只安装您需要的软件包。 如果您不打算使用它们，请不要安装它们。 请记住，对于您的本地开发环境和生产环境来说，这可能是不同的列表。 您可以使用多阶段构建来有效地拆分它们。

使用 RUN 专用缓存

RUN命令支持专用缓存，当您在 runs 时需要更细粒度的缓存时，可以使用该缓存。 例如，在安装软件包时，您并不总是需要每次都从互联网上获取所有软件包。 您只需要已更改的内容。

要解决这个问题，可以使用RUN --mount type=cache。例如，对于基于 Debian 的镜像，您可以使用以下内容：

RUN \
    --mount=type=cache,target=/var/cache/apt \
    apt-get update && apt-get install -y git

使用带有--mount标志的显式缓存可以在构建之间保留target目录的内容。 当这一层需要重建时，它将使用/var/cache/apt中的apt缓存。

最小化层的数量

保持较小的层数是一个很好的开始，合乎逻辑的下一步是减少所拥有的层数。 更少的层意味着当 Dockerfile 中的某些内容发生更改时，您需要重建的内容更少，因此您的构建将更快完成。

以下部分概述了一些可用于将层数保持在最低限度的技巧。

使用适当的基础镜像

Docker 为几乎所有常见的开发场景提供了超过 170 个预构建的 官方镜像。 例如，如果您正在构建 Java Web 服务器，请使用专用镜像，例如 eclipse-temur。 即使没有您可能想要的官方镜像，Docker 也会提供来自 经过验证的发布商 和 开源合作伙伴 的镜像， 可以为您提供帮助。 Docker 社区也经常生成第三方镜像来使用。

使用官方镜像可以节省您的时间，并确保您在默认情况下保持最新状态和安全。

使用多阶段构建

多阶段构建可让您将 Dockerfile 分成多个不同的阶段。 每个阶段都会完成构建过程中的一个步骤，您可以桥接不同的阶段以在最后创建最终镜像。 Docker 构建器将计算出各个阶段之间的依赖关系，并使用最有效的策略来运行它们。这甚至允许您同时运行多个构建。

多阶段构建使用两个或多个FROM命令。以下示例说明了构建一个简单的 Web 服务器，该服务器从 Git 中的 docs 目录提供 HTML：

# syntax=docker/dockerfile:1

# stage 1
FROM alpine as git
RUN apk add git

# stage 2
FROM git as fetch
WORKDIR /repo
RUN git clone https://github.com/your/repository.git .

# stage 3
FROM nginx as site
COPY --from=fetch /repo/docs/ /usr/share/nginx/html

此构建有 3 个阶段：git、fetch和site。 在此示例中，git是fetch阶段的基础。 它使用COPY --from标志将数据从docs/目录复制到 Nginx 服务器目录中。

每个阶段只有几条指令，并且在可能的情况下，Docker 将并行运行这些阶段。 只有site阶段中的指令才会作为最终镜像中的图层。 整个git历史记录不会嵌入到最终结果中，这有助于保持镜像的小和安全。

尽可能将命令组合在一起

大多数 Dockerfile 命令，特别是RUN命令，通常可以组合在一起。 例如，不要像这样使用RUN：

RUN echo "the first command"
RUN echo "the second command"

可以在单个RUN中运行这两个命令，这意味着它们将共享相同的缓存！ 这可以通过使用&& shell 运算符运行一个又一个命令来实现：

RUN echo "the first command" && echo "the second command"
# or to split to multiple lines
RUN echo "the first command" && \
    echo "the second command"

另一个允许您以简洁的方式简化和连接命令的 shell 功能是 heredoc。 它使您能够创建具有良好可读性的多行脚本：

RUN <<EOF
set -e
echo "the first command"
echo "the second command"
EOF

其他资源

• 垃圾收集
• 缓存存储后端