Spring Boot + k8s のベスト プラクティス

序文

K8s + Spring Boot でダウンタイムゼロのリリースを実現: ヘルスチェック + ローリングアップデート + 正常なシャットダウン + エラスティックスケーリング + Prometheus モニタリング + 構成の分離 (ミラーの再利用)

構成

健康診断

• ヘルスチェックの種類: Readiness Probe (readiness) + Survival Probe (liveness)
• プローブの種類: exec (コンテナに入ってスクリプトを実行)、tcpSocket (ポートの検出)、httpGet (インターフェイスの呼び出し)

ビジネスレベル

プロジェクトは pom.xml に依存します

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>

アクセスポート、パス、権限を定義する application.yaml

management:
  server:
    port: 50000                         # 启用独立运维端口
  endpoint:                             # 开启health端点
    health:
      probes:
        enabled: true
  endpoints:
    web:
      exposure:
        base-path: /actuator            # 指定上下文路径，启用相应端点
        include: health

2 つのインターフェイスが公開され/actuator/health/readiness、アクセス方法は次のとおりです。/actuator/health/liveness

http://127.0.0.1:50000/actuator/health/readiness
http://127.0.0.1:50000/actuator/health/liveness

運用保守レベル

k8s デプロイメント テンプレートdeployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: {APP_NAME}
        image: {IMAGE_URL}
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: {APP_PORT}
        - name: management-port
          containerPort: 50000         # 应用管理端口
        readinessProbe:                # 就绪探针
          httpGet:
            path: /actuator/health/readiness
            port: management-port
          initialDelaySeconds: 30      # 延迟加载时间
          periodSeconds: 10            # 重试时间间隔
          timeoutSeconds: 1            # 超时时间设置
          successThreshold: 1          # 健康阈值
          failureThreshold: 6          # 不健康阈值
        livenessProbe:                 # 存活探针
          httpGet:
            path: /actuator/health/liveness
            port: management-port
          initialDelaySeconds: 30      # 延迟加载时间
          periodSeconds: 10            # 重试时间间隔
          timeoutSeconds: 1            # 超时时间设置
          successThreshold: 1          # 健康阈值
          failureThreshold: 6          # 不健康阈值

ローリングアップデート

k8s リソース スケジューリングのローリング アップデート戦略は、ゼロ ダウンタイム リリースを達成するために、ヘルス チェックをサポートする必要があります。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {APP_NAME}
  labels:
    app: {APP_NAME}
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: {APP_NAME}
  replicas: {REPLICAS}    # Pod副本数
  strategy:
    type: RollingUpdate    # 滚动更新策略
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1                   # 升级过程中最多可以比原先设置的副本数多出的数量
      maxUnavailable: 1             # 升级过程中最多有多少个POD处于无法提供服务的状态

正常なシャットダウン

K8s では、ローリング アップグレードを実装する前に、アプリケーション レベルで正常なシャットダウンを実装する必要があります。そうしないと、ローリング アップグレードが引き続きビジネスに影響を及ぼします。アプリケーションにスレッドを閉じさせ、接続リソースを解放してからサービスを停止させます。

ビジネスレベル

プロジェクトは pom.xml に依存します

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>

アクセスポート、パス、権限を定義する application.yaml

spring:
  application:
    name: <xxx>
  profiles:
    active: @profileActive@
  lifecycle:
    timeout-per-shutdown-phase: 30s     # 停机过程超时时长设置30s，超过30s，直接停机

server:
  port: 8080
  shutdown: graceful                    # 默认为IMMEDIATE，表示立即关机；GRACEFUL表示优雅关机

management:
  server:
    port: 50000                         # 启用独立运维端口
  endpoint:                             # 开启shutdown和health端点
    shutdown:
      enabled: true
    health:
      probes:
        enabled: true
  endpoints:
    web:
      exposure:
        base-path: /actuator            # 指定上下文路径，启用相应端点
        include: health,shutdown

インターフェイスは公開され/actuator/shutdown、呼び出しメソッドは次のとおりです。

curl -X POST 127.0.0.1:50000/actuator/shutdown

運用保守レベル

dockerfile テンプレートにcurlツールが統合されていることを確認してください。統合されていない場合、curlコマンドは使用できません。

FROM openjdk:8-jdk-alpine
#构建参数
ARG JAR_FILE
ARG WORK_PATH="/app"
ARG EXPOSE_PORT=8080

#环境变量
ENV JAVA_OPTS=""\
    JAR_FILE=${JAR_FILE}

#设置时区
RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime && echo 'Asia/Shanghai' >/etc/timezone
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.ustc.edu.cn/g' /etc/apk/repositories  \
    && apk add --no-cache curl
#将maven目录的jar包拷贝到docker中，并命名为for_docker.jar
COPY target/$JAR_FILE $WORK_PATH/


#设置工作目录
WORKDIR $WORK_PATH


# 指定于外界交互的端口
EXPOSE $EXPOSE_PORT
# 配置容器，使其可执行化
ENTRYPOINT exec java $JAVA_OPTS -jar $JAR_FILE

k8s デプロイメント テンプレートdeployment.yaml 注: 検証後、Java プロジェクトはエンド コールバック フックの構成を省略できます。さらに、コールバック フックを使用する必要がある場合は、curl ツールがイメージに含まれていることを確認する必要があります。アプリケーション管理ポート (50000) はパブリック ネットワークに公開できないことに注意する必要があります。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: {APP_NAME}
        image: {IMAGE_URL}
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: {APP_PORT}
        - containerPort: 50000
        lifecycle:
          preStop:       # 结束回调钩子
            exec:
              command: ["curl", "-XPOST", "127.0.0.1:50000/actuator/shutdown"]

弾性膨張

ポッドのリソース制限を設定した後、HPA を作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {APP_NAME}
  labels:
    app: {APP_NAME}
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: {APP_NAME}
        image: {IMAGE_URL}
        imagePullPolicy: Always
        resources:                     # 容器资源管理
          limits:                      # 资源限制（监控使用情况）
            cpu: 0.5
            memory: 1Gi
          requests:                    # 最小可用资源（灵活调度）
            cpu: 0.15
            memory: 300Mi
---
kind: HorizontalPodAutoscaler            # 弹性伸缩控制器
apiVersion: autoscaling/v2beta2
metadata:
  name: {APP_NAME}
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: {APP_NAME}
  minReplicas: {REPLICAS}                # 缩放范围
  maxReplicas: 6
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu                        # 指定资源指标
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 50

プロメテウスの統合

ビジネスレベル

プロジェクトは pom.xml に依存します

<!-- 引入Spring boot的监控机制-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.micrometer</groupId>
    <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
</dependency>

アクセスポート、パス、権限を定義する application.yaml

management:
  server:
    port: 50000                         # 启用独立运维端口
  metrics:
    tags:
      application: ${spring.application.name}
  endpoints:
    web:
      exposure:
        base-path: /actuator            # 指定上下文路径，启用相应端点
        include: metrics,prometheus

公開/actuator/metricおよび/actuator/prometheusインターフェイスします。アクセス方法は次のとおりです。

http://127.0.0.1:50000/actuator/metric
http://127.0.0.1:50000/actuator/prometheus

運用保守レベル

デプロイメント.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
spec:
  template:
    metadata:
      annotations:
        prometheus:io/port: "50000"
        prometheus.io/path: /actuator/prometheus  # 在流水线中赋值
        prometheus.io/scrape: "true"              # 基于pod的服务发现

構成の分離

解決策: configmap を使用して外部構成ファイルをマウントし、実行するアクティベーション環境を指定します。

役割: 機密情報の漏洩を防ぐための構成の分離、配信効率を向上させるための画像の多重化

ファイルから構成マップを生成

# 通过dry-run的方式生成yaml文件
kubectl create cm -n <namespace> <APP_NAME> --from-file=application-test.yaml --dry-run=1 -oyaml > configmap.yaml

# 更新
kubectl apply -f configmap.yaml

configmapをマウントし、アクティベーション環境を指定します

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {APP_NAME}
  labels:
    app: {APP_NAME}
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: {APP_NAME}
        image: {IMAGE_URL}
        imagePullPolicy: Always
        env:
          - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE   # 指定激活环境
            value: test
        volumeMounts:                      # 挂载configmap
        - name: conf
          mountPath: "/app/config"         # 与Dockerfile中工作目录一致
          readOnly: true
      volumes:
      - name: conf
        configMap:
          name: {APP_NAME}

概要構成

ビジネスレベル

プロジェクトは pom.xml に依存します

<!-- 引入Spring boot的监控机制-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.micrometer</groupId>
    <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
</dependency>

アクセスポート、パス、権限を定義する application.yaml

spring:
  application:
    name: project-sample
  profiles:
    active: @profileActive@
  lifecycle:
    timeout-per-shutdown-phase: 30s     # 停机过程超时时长设置30s，超过30s，直接停机

server:
  port: 8080
  shutdown: graceful                    # 默认为IMMEDIATE，表示立即关机；GRACEFUL表示优雅关机

management:
  server:
    port: 50000                         # 启用独立运维端口
  metrics:
    tags:
      application: ${spring.application.name}
  endpoint:                             # 开启shutdown和health端点
    shutdown:
      enabled: true
    health:
      probes:
        enabled: true
  endpoints:
    web:
      exposure:
        base-path: /actuator            # 指定上下文路径，启用相应端点
        include: health,shutdown,metrics,prometheus

運用保守レベル

dockerfile テンプレートにcurlツールが統合されていることを確認してください。統合されていない場合、curlコマンドは使用できません。

FROM openjdk:8-jdk-alpine
#构建参数
ARG JAR_FILE
ARG WORK_PATH="/app"
ARG EXPOSE_PORT=8080

#环境变量
ENV JAVA_OPTS=""\
    JAR_FILE=${JAR_FILE}

#设置时区
RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime && echo 'Asia/Shanghai' >/etc/timezone
RUN sed -i 's/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.ustc.edu.cn/g' /etc/apk/repositories  \
    && apk add --no-cache curl
#将maven目录的jar包拷贝到docker中，并命名为for_docker.jar
COPY target/$JAR_FILE $WORK_PATH/


#设置工作目录
WORKDIR $WORK_PATH


# 指定于外界交互的端口
EXPOSE $EXPOSE_PORT
# 配置容器，使其可执行化
ENTRYPOINT exec java $JAVA_OPTS -jar $JAR_FILE

k8s デプロイメント テンプレートdeployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {APP_NAME}
  labels:
    app: {APP_NAME}
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: {APP_NAME}
  replicas: {REPLICAS}                            # Pod副本数
  strategy:
    type: RollingUpdate                           # 滚动更新策略
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0
  template:
    metadata:
      name: {APP_NAME}
      labels:
        app: {APP_NAME}
      annotations:
        timestamp: {TIMESTAMP}
        prometheus.io/port: "50000"               # 不能动态赋值
        prometheus.io/path: /actuator/prometheus
        prometheus.io/scrape: "true"              # 基于pod的服务发现
    spec:
      affinity:                                   # 设置调度策略，采取多主机/多可用区部署
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - {APP_NAME}
              topologyKey: "kubernetes.io/hostname" # 多可用区为"topology.kubernetes.io/zone"
      terminationGracePeriodSeconds: 30             # 优雅终止宽限期
      containers:
      - name: {APP_NAME}
        image: {IMAGE_URL}
        imagePullPolicy: Always
        ports:
        - containerPort: {APP_PORT}
        - name: management-port
          containerPort: 50000         # 应用管理端口
        readinessProbe:                # 就绪探针
          httpGet:
            path: /actuator/health/readiness
            port: management-port
          initialDelaySeconds: 30      # 延迟加载时间
          periodSeconds: 10            # 重试时间间隔
          timeoutSeconds: 1            # 超时时间设置
          successThreshold: 1          # 健康阈值
          failureThreshold: 9          # 不健康阈值
        livenessProbe:                 # 存活探针
          httpGet:
            path: /actuator/health/liveness
            port: management-port
          initialDelaySeconds: 30      # 延迟加载时间
          periodSeconds: 10            # 重试时间间隔
          timeoutSeconds: 1            # 超时时间设置
          successThreshold: 1          # 健康阈值
          failureThreshold: 6          # 不健康阈值
        resources:                     # 容器资源管理
          limits:                      # 资源限制（监控使用情况）
            cpu: 0.5
            memory: 1Gi
          requests:                    # 最小可用资源（灵活调度）
            cpu: 0.1
            memory: 200Mi
        env:
          - name: TZ
            value: Asia/Shanghai
---
kind: HorizontalPodAutoscaler            # 弹性伸缩控制器
apiVersion: autoscaling/v2beta2
metadata:
  name: {APP_NAME}
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: {APP_NAME}
  minReplicas: {REPLICAS}                # 缩放范围
  maxReplicas: 6
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu                        # 指定资源指标
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 50