第十二篇:持续交付：提升产品质量和交付效率的方法论

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

持续集成、持续部署（Continuous Integration and Continuous Delivery/Deployment）是一个很重要的实践，它能够将开发人员提交的代码经过自动化构建、测试并部署到预生产环境中，从而保证应用的高质量交付。基于持续集成、部署可以降低部署风险、缩短交付周期、提升软件质量。因此，持续交付已经成为DevOps的一项主要内容。在软件工程实践中，持续交付一般指的是在CI/CD流程中，持续将新代码或者改动源代码库（Code Repository）合并到目标分支（如主干）上，并将每次更新的应用快速、可靠地发布到集成环境（Integration Environment）或预发布环境（Pre-production Environment），最终部署到生产环境。即通过自动化、标准化的流程，将代码的构建、测试和发布过程转变为自动化的、可重复执行的流程。所以，持续交付具有极高的社会和商业价值。
持续交付旨在提升软件开发的速度、频率和质量。它的核心就是引入自动化手段，将开发过程中代码的构建、测试和部署过程自动化、标准化，进而实现应用快速、可靠地向客户交付。但是，只有合理地运用持续交付，才能真正达到减少软件平均修复时间、改善软件开发效率、提升软件品质的效果。本文将深入探讨持续交付的相关理论、方法论和实践。本文适用于以下读者群体：
● 有一定编程基础，熟悉CI/CD相关概念，希望了解CI/CD的理论和方法
● 有相关项目实践经验，对CI/CD有深入理解，希望掌握CI/CD工具链的运用
● 想要深刻理解持续交付背后的理念和原理，拥护持续交付理念并实践其落地方案
● 愿意分享自己的技术观点和经验，传播持续交付相关理论及实践方法
本文将围绕CI/CD的理论、方法论、实践三个方面进行阐述，力争将这些知识和实践应用到实际工作当中，促进团队之间的沟通和协作。

二、持续集成与持续交付

2.1 持续集成

持续集成（Continuous Integration，简称CI）是一个软件开发实践，强调每一次代码的提交都需要通过自动化构建（包括编译、测试等）来验证，只有所有的测试都通过了，代码才能进入下一个阶段。持续集成是一个有益的自然法则，可以让你的软件更快、更稳定地发布。设想一下你是一个非常忙碌的项目管理者，如果你坚持不懈地推动着一个软件的迭代，也许你就会发现，迭代的节奏会越来越慢，交付的压力也会越来越大。只要有好的自动化测试，持续集成就可以帮助你把速度提升一倍。
什么是CI工具链？
持续集成工具链包括很多组件。例如，代码托管平台，比如GitHub、GitLab等；构建系统，比如Jenkins、TeamCity等；测试框架，比如Junit、TestNG等；依赖管理工具，比如Maven、NPM等。为了完成持续集成，以上这些组件之间通常还需要建立一些连接，比如集成消息系统，比如版本控制系统。这些工具都可以通过插件的方式扩展，比如SonarQube、Codecov等。
为什么要使用CI？
以下是一些常见的原因：

1. 降低部署风险：在持续集成的过程中，你将部署频率降低，因为你可以确保代码每一次提交都是经过完整的测试，并且处于稳定的状态。也就是说，任何时候如果代码出现问题，你就能够立即发现，解决起来也相对容易得多。
2. 提升软件质量：自动化测试覆盖范围广，而且越来越普遍，这使得开发人员可以专注于编写业务逻辑代码，而不是再花费精力去处理各种琐碎的测试事宜。同时，自动化测试可以模拟不同的用户场景，从而更加准确地找出潜在的问题。这样，你就可以及时发现和解决软件缺陷，不至于等到软件投入市场后才暴露出来。
3. 减少反馈环节：由于部署频率减少，部署频繁导致的反馈环节也会减少，从而提高交付效率。不仅如此，还有自动化工具可以将测试结果及时的通知给相关的开发人员。
4. 提升协作效率：对于多个开发人员，有了自动化的构建工具，他们可以互相review代码，同时也可以并行开发，彼此之间不会产生冲突，从而减少错误。这有助于提升协作效率，加快软件交付周期。
5. 提升敏捷性：自动化的构建、测试以及部署流程，让团队成员可以快速响应需求变化，从而在短时间内快速反应，不断创造新的功能和产品。
6. 更快、更好地迭代：由于自动化构建、测试、部署的过程，开发人员可以做更多的事情，比如处理bug，做usability测试等，这使得整个开发团队的工作效率得到提升。当然，还有一些团队甚至会用这种方式全天候开发，甚至有些公司甚至会将部署日程固定在周末。

2.2 持续交付与持续部署

持续交付（Continuous Delivery）是指持续将软件新版本、更新，直到它们可用到生产环境中的过程。换句话说，它是一种从开发到运维的自动化流程，它要求开发人员把所有的更新，无论大小，都自动地交付到指定的环境，并在部署之前，所有测试必须通过。持续部署（Continuous Deployment）是在持续交付的基础上的，是持续部署到生产环境的最后一步。它意味着，当代码通过所有测试并准备好发布时，自动部署到生产环境，并对外提供服务。
持续交付与持续部署各有所长。持续交付强调尽可能快地交付最新版软件，同时持续部署则是在这个过程中自动部署到生产环境。虽然两者存在重叠之处，但持续交付侧重于开发阶段的自动化流程，而持续部署侧重于运维阶段的自动化部署。无论是持续交付还是持续部署，均有助于提高软件交付的频率、质量和速度。
持续交付与持续部署的区别：

1. 目的不同：持续交付是为了开发人员将软件交付到预发布环境中，而持续部署则是为了让软件直接部署到生产环境中。持续交付只是希望通过自动化构建、测试、部署等流程，更快、更高效地交付软件。
2. 方法不同：持续交付通常采用多种方式，比如蓝绿部署、金丝雀发布等，而持续部署则可以采用自动化发布脚本。
3. 步骤不同：持续交付一般包含多个环节，比如编码、构建、测试、打包、部署等，而持续部署则只是将部署环节自动化即可。
4. 标准化程度不同：持续交付仍处于起步阶段，尚未形成统一的标准。但持续部署已得到大规模应用，是较为成熟的模式。
   总结来说，持续集成和持续交付是DevOps的一个重要组成部分，是提升软件交付效率、频率和质量的有效方法。

三、CI/CD实践

在实践层面上，CI/CD由以下几个方面组成：

1. CI工具链：将代码库的代码每次提交，经过自动化构建、测试、打包、部署等流程，最终生成部署包，并进行集成测试，达到代码发布的自动化流程。
2. 测试环境：将部署包部署到测试环境，进行单元测试、集成测试、回归测试等。
3. 预发布环境：将部署包部署到预发布环境，进行负载测试、可用性测试、兼容性测试等。
4. 生产环境：将部署包部署到生产环境，进行性能测试、压力测试、安全测试等。
   图1：CI/CD实践流程示意图
   　
   下面我用自己理解的语言阐述一下CI/CD：

3.1 基础知识

首先，什么是持续集成、持续交付、持续部署？
持续集成（Continuous Integration，简称CI）是一个软件开发实践，强调每一次代码的提交都需要通过自动化构建（包括编译、测试等）来验证，只有所有的测试都通过了，代码才能进入下一个阶段。持续集成是一个有益的自然法则，可以让你的软件更快、更稳定地发布。设想一下你是一个非常忙碌的项目管理者，如果你坚持不懈地推动着一个软件的迭代，也许你就会发现，迭代的节奏会越来越慢，交付的压力也会越来越大。只要有好的自动化测试，持续集成就可以帮助你把速度提升一倍。
持续交付（Continuous Delivery）是指持续将软件新版本、更新，直到它们可用到生产环境中的过程。换句话说，它是一种从开发到运维的自动化流程，它要求开发人员把所有的更新，无论大小，都自动地交付到指定的环境，并在部署之前，所有测试必须通过。持续部署（Continuous Deployment）是在持续交付的基础上的，是持续部署到生产环境的最后一步。它意味着，当代码通过所有测试并准备好发布时，自动部署到生产环境，并对外提供服务。

3.2 CI工具链

持续集成工具链包括很多组件。例如，代码托管平台，比如GitHub、GitLab等；构建系统，比如Jenkins、TeamCity等；测试框架，比如Junit、TestNG等；依赖管理工具，比如Maven、NPM等。为了完成持续集成，以上这些组件之间通常还需要建立一些连接，比如集成消息系统，比如版本控制系统。这些工具都可以通过插件的方式扩展，比如SonarQube、Codecov等。
为什么要使用CI？
以下是一些常见的原因：

1. 降低部署风险：在持续集成的过程中，你将部署频率降低，因为你可以确保代码每一次提交都是经过完整的测试，并且处于稳定的状态。也就是说，任何时候如果代码出现问题，你就能够立即发现，解决起来也相对容易得多。
2. 提升软件质量：自动化测试覆盖范围广，而且越来越普遍，这使得开发人员可以专注于编写业务逻辑代码，而不是再花费精力去处理各种琐碎的测试事宜。同时，自动化测试可以模拟不同的用户场景，从而更加准确地找出潜在的问题。这样，你就可以及时发现和解决软件缺陷，不至于等到软件投入市场后才暴露出来。
3. 减少反馈环节：由于部署频率减少，部署频繁导致的反馈环节也会减少，从而提高交付效率。不仅如此，还有自动化工具可以将测试结果及时的通知给相关的开发人员。
4. 提升协作效率：对于多个开发人员，有了自动化的构建工具，他们可以互相review代码，同时也可以并行开发，彼此之间不会产生冲突，从而减少错误。这有助于提升协作效率，加快软件交付周期。
5. 提升敏捷性：自动化的构建、测试以及部署流程，让团队成员可以快速响应需求变化，从而在短时间内快速反应，不断创造新的功能和产品。
6. 更快、更好地迭代：由于自动化构建、测试、部署的过程，开发人员可以做更多的事情，比如处理bug，做usability测试等，这使得整个开发团队的工作效率得到提升。当然，还有一些团队甚至会用这种方式全天候开发，甚至有些公司甚至会将部署日程固定在周末。

3.3 测试环境

测试环境就是让开发人员提交的代码，经过自动化构建、测试、部署等流程，最终生成部署包，并进行集成测试，从而达到代码发布的自动化流程。目前比较流行的CI工具链有Jenkins、Travis CI、CircleCI等，这里我以Jenkins为例，介绍一下Jenkins的配置。

3.3.1 安装配置

安装Jenkins前，先确保自己的系统已经安装JDK、NodeJS等相关环境。然后下载Jenkins安装包并解压，把jenkins.war文件放到Tomcat的webapps目录下，启动tomcat服务器。启动成功后，访问http://localhost:8080 ，根据提示，按照默认配置，创建管理员账户和密码。

3.3.2 Jenkins配置

Jenkins支持多种插件，可以安装选择适合自己的插件，并进行相应的配置。这里我们以安装Git插件为例，配置Gitlab仓库作为代码源，并设置触发构建的条件。

1. 登录Jenkins，点击“Manage Jenkins”，选择“Manage Plugins”菜单项，然后搜索“Git Plugin”并安装。
2. 配置Gitlab仓库作为代码源
   打开“Global Tool Configuration”页面（位于Jenkins首页的左侧导航栏），找到“Gitlab API Token”配置项，输入你的gitlab账号的api token（从gitlab网站生成）。
   填写好相关信息后，点击“Test connection”按钮测试配置是否正确。
3. 设置触发构建的条件
   打开“New Item”页面（位于Jenkins首页的左侧导航栏），选择“Pipeline”项目类型，输入项目名称并点击“OK”。
   然后，在“General”选项卡的“Scm”区域，选择“Git”类型的SCM，填写远程仓库URL，比如https://gitlab.com/xxx/xxx.git，并勾选“Poll SCM”。
   最后，在“Build Triggers”区域，勾选“PollscmTrigger”并指定间隔时间（单位为秒）。
   这样，每隔一段时间（我们指定的时间），Jenkins就会检查代码是否有更新，如果有更新，则自动触发构建。

3.3.3 Pipeline语法

Pipeline是Jenkins实现CI/CD的核心，它提供了强大的Pipeline语法，可以通过声明式的方式定义构建、测试、部署等过程，来实现CI/CD。

1. pipeline语法概览

node {
    
    
stage('Checkout') {
    
    
checkout scm
}
stage('Build') {
    
    
sh'mvn clean package'
}
stage('Test') {
    
    
junit testResults:'reports/*.xml'
}
stage('Deploy to Dev') {
    
    
// deploy to dev environment
}
stage('UAT') {
    
    
// perform UAT testing on dev environment
}
stage('Promote to Prod') {
    
    
// promote to prod environment with certain criteria met
}
}

pipeline语法由node{}、stage()两个关键字配合{}代码块来定义，其中node{}用来定义节点，比如在Jenkins中可以指定多个节点，stage()用来定义阶段，每个阶段表示一组任务。在每个阶段，都可以调用一些插件或者命令，比如在Build阶段，调用sh命令执行maven编译，在Test阶段，调用junit命令执行单元测试。
注意：在Jenkins中，插件的安装、配置、权限分配都需要进行相应的操作，详情请参阅Jenkins官方文档。
2. 使用Groovy DSL编写pipeline脚本
除了pipeline语法之外，Jenkins还支持使用Groovy DSL脚本语言来定义Pipeline，Groovy DSL语言可以在运行时解析Groovy脚本，并自动将其转换成Pipeline DSL。Groovy DSL代码与pipeline语法类似，示例如下：

def mvnHome = tool 'M3'
def mvn = "${
      
      mvnHome}/bin/mvn"
pipeline {
    
    
agent any
stages {
    
    
stage('Checkout') {
    
    
steps {
    
    
git branch:'master', url: 'https://github.com/xxxxxx/xxxxx.git'
}
}
stage('Build') {
    
    
steps {
    
    
sh "${
      
      mvn} clean package -DskipTests=true"
}
}
stage('Test') {
    
    
steps {
    
    
script {
    
    
def timestamp = new Date().format("yyyyMMddHHmmss")
sh "${
      
      mvn} test jacoco:report coveralls:report -Djacoco.reportsDirectory=target/site/jacoco/${
      
      timestamp}"
}
}
}
stage('Deploy to Dev') {
    
    
when {
    
     expression {
    
     env.BRANCH_NAME == "dev" || env.TAG_NAME =~ /^release\/.*/ }}
steps {
    
    
echo "Deploying ${
      
      params.env}..."
}
}
stage('UAT') {
    
    
when {
    
     expression {
    
     currentBuild.result!= 'SUCCESS'}}
steps {
    
    
echo "Skipping UAT as build failed."
}
}
stage('Promote to Prod') {
    
    
when {
    
     allOf {
    
     branch 'prod'; changeset([includeTarget: false])}}
steps {
    
    
echo "Promoting to production..."
}
}
}
}

该脚本与pipeline语法示例基本相同，只不过Groovy DSL脚本通过定义tool变量来指定Maven工具的路径，并使用${mvn}来调用Maven命令，而不是mvn命令。在when条件判断中，可以使用Groovy表达式进行复杂的条件判断。
注意：由于Groovy DSL语法的特性，Groovy DSL脚本的执行依赖于Jenkins的 Groovy插件，而且DSL脚本并不是完全兼容于pipeline语法，所以推荐使用pipeline语法。

3.3.4 插件列表

以下是CI/CD过程中常用的插件列表：

1. Git Plugin：集成Git代码托管平台，支持多种SCM，包括Git、Subversion等。
2. Multijob Plugin：支持多项目同时构建，能够按顺序或并行执行多个项目的构建，支持跨项目的依赖关系。
3. Docker Plugin：支持在Jenkins构建环境中，快速部署Docker镜像。
4. Ansible Plugin：支持通过Ansible来远程管理机器。
5. Gradle Plugin：支持通过Gradle来构建Java应用程序。
6. SonarQube Scanner Plugin：集成SonarQube，支持对代码进行静态分析，支持多种编程语言。
7. Github Authentication plugin：集成GitHub OAuth，支持通过GitHub账号来登录。
8. Bitbucket Server / Cloud Plugin：集成Bitbucket代码托管平台，支持对Bitbucket上代码的检出。
9. Google Cloud Storage Plugin：支持上传构建产物到Google云存储。
10. AWS CodeCommit Plugin：集成AWS CodeCommit，支持对CodeCommit代码库的检出和上传。
11. Azure Artifacts Plugin：支持上传构建产物到Azure Blob存储。
12. Artifactory Plugin：支持管理外部依赖，包括Maven、npm、NuGet等。
13. HTTP Request Plugin：支持发送HTTP请求，比如POST、PUT等。
14. Email Extension Plugin：支持发送邮件，比如发送构建报告、通知结果等。
15. Job DSL Plugin：支持定义Jenkins项目，支持在Jenkins中通过配置描述语言（Configuration-as-Code）来定义构建流程。
16. Pipeline Utility Steps Plugin：提供多个Pipeline流水线函数，比如parallel()、stash()等。
17. OpenShift Plugin：支持在OpenShift集群上进行容器化部署。
18. NodeJs Plugin：支持在Jenkins构建环境中，运行JavaScript。
19. Xcode Plugin：支持在Jenkins构建环境中，编译Objective-C和Swift代码。
20. Warnings Next Generation Plugin：支持显示警告信息。
21. JUnit Plugin：支持生成JUnit格式的测试报告。
22. Checkstyle Plugin：支持对代码进行静态分析，查找和修复代码风格问题。
23. PMD Plugin：支持对代码进行静态分析，查找代码质量问题。
24. Robot Framework Plugin：支持RobotFramework自动化测试。
25. SSH Build Executor Plugin：支持SSH方式构建，允许构建运行在远程服务器上。
26. Assembla Plugin：支持将Jenkins构建结果同步到Assembla。
27. Bamboo Integration Plugin：支持与Bamboo集成。
28. S3 Bucket Publisher Plugin：支持将构建产物上传到S3云存储桶。
29. Atlassian Confluence Publisher Plugin：支持将Jenkins构建报告同步到Confluence。
30. Slack Notifications Plugin：支持在Slack上发送通知。
31. HTML Publisher Plugin：支持生成HTML格式的构建报告。
32. External Monitor Job Type Plugin：支持添加第三方监控系统，比如Pingdom、New Relic、SiteScope等。
33. Kubernetes Plugin：支持在Kubernetes集群上进行容器化部署。
34. OWASP Dependency Check Plugin：支持对Java应用程序依赖进行扫描，并标注潜在漏洞。
35. Performance plugin：支持对Java Web应用程序和移动应用程序的性能进行分析。
36. AnsibleVault integration plugin：支持读取Ansible Vault加密的配置文件。
37. FogBugz Integration Plugin：支持与FogBugz集成，可以进行问题跟踪和缺陷管理。
38. Prometheus Plugin：支持在Prometheus上收集Jenkins的指标数据。
39. Windows Batch Command Plugin：支持在Windows环境上执行批处理命令。
40. Git Changelog Plugin：支持生成Changelog。
41. Custom Tools Deployer Plugin：支持在Jenkins部署过程中，部署自定义工具到远程机器。
42. InfluxDB Plugin：支持在InfluxDB上保存Jenkins的指标数据。
43. Backup&Restore Plugin：支持备份/恢复Jenkins数据。
44. Wiki Publisher Plugin：支持将构建产物上传到Wiki。
45. Milestone Step Plugin：支持在Jenkins构建流水线中增加里程碑功能。
46. Timestamper Plugin：支持在日志中显示时间戳。
47. AMQP Plugin：支持与AMQP服务集成，通过消息队列传递事件。
48. Promoted Builds Plugin：支持设置构建优先级。
49. GoCD Plugin：支持与GoCD集成，支持对GoCD流水线进行构建触发。
50. Gitea Branch Source Plugin：支持Gitea代码托管平台，支持Branch Sources。
51. PagerDuty Integration Plugin：支持PagerDuty事件回调。
52. RunDeck Integration Plugin：支持与RunDeck集成，支持Job executions events。
53. Dry Unification Plugin：支持自动化处理变更，并生成合并请求。
54. WildFly Swarm Plugin：支持在Jenkins构建环境中，运行Java EE应用。
55. Cache Cleanup Plugin：支持清理Jenkins缓存。
56. FreeStyle Project Plugin：支持添加自由风格的项目类型。
57. Publish Over SSH Plugin：支持SSH协议，将构建产物通过SCP传输到远程机器。
58. CloudBees AWS Credentials Plugin：支持管理AWS凭据。
59. Notification Plugin：支持在各种消息渠道（比如微信、钉钉等）发送通知。
60. Parameterized Trigger Plugin：支持在构建参数变化时，自动触发后续构建。
61. Structured Logging Plugin：支持结构化日志输出。
62. LDAP Group Plugin：支持基于LDAP的用户组管理。
63. View Stash Plugin：支持在Stash中查看构建记录。
64. Microsoft Team Services (VSTS) Integration Plugin：支持与VSTS集成。
65. Matrix Project Plugin：支持矩阵项目构建，能够并行执行多个构建任务。
66. Parallel Execution Plugin：支持并行执行构建任务。
67. GitLab Hook Plugin：支持GitLab webhooks。
68. GitHub Pull Request Builder Plugin：支持GitHub pull requests。
69. Display URL Plugin：支持在构建日志中显示链接地址。
70. Gravatar Plugin：支持Gravatar头像展示。
71. JWT Claim plugin：支持获取JWT token中的claims。
72. Log Parser Plugin：支持解析日志。
73. Apache CloudStack Plugin：支持Apache CloudStack。
74. Active Choices Plugin：支持配置Jenkins Choice参数。
75. ServiceNow CMDB Integration Plugin：支持与ServiceNow CMDB集成。
76. Blue Ocean Plugin：支持Blue Ocean，提供了增强的用户界面和图表展示。
77. JIRA Plugin：支持与JIRA集成。
78. Collaboration Feature Plugin：支持代码协同。
79. Restrictedsignup Plugin：支持限制注册。
80. LDAP Authorization Strategy Plugin：支持基于LDAP的授权策略。