使用Docker Compose改善Node.js的開發
在過去的幾年中，Docker和Node.js都變得非常流行。對于開發人員來說利用這些新技術來改善自己的開發體驗很有必要，而且在此過程中還可以學習新技術。遵循"Coding到老，學習到老，折騰到老"的宗旨，本文我們將介紹將如何結合Node.js與Docker來改善開發人員體驗，包括使用docker build和利用Docker Compose來實現無縫的本地前端開發環境。
概述
本文中，我們以Express.js為一個示例展開，需要實現了解一丁點Node.js和npm的基礎知識。還要了解Express.js框架的基礎知識。
對Docker也要有一定的概念和要會基礎操作(不會也沒關系，很容易)。
最后本文全程使用Linux(Mac) shell終端命令行。
創建Express.js項目
為了要生成示范應用程序，需要使用Express應用程序生成器。需要運行以下npx命令行：
- npx express-generator --view=pug --git <app-name>
Express生成器將生成Express應用。--view=pub選項表示使用pug視圖引擎。--git表示用來給項目添加一個git .gitignore文件。
生成效果如下：
測試Express應用
要測試該應用程序，需要運行npm install安裝所有必需的npm模塊。然后，運行以下命令以啟動應用程序：
- DEBUG=nodejs-docker-express:* npm start
如果沒有異常，應該會到一條類似的消息。
- nodejs-docker-express:server Listening on port 3000
上面的命令非常簡單：它運行一個環境變量DEBUG=nodejs-docker-express，用來表示服務器進行詳細的調試。
對Windows系統，使用的參數要修改為：
- set DEBUG=nodejs-docker-express:* & npm start
現在打開瀏覽器，在地址欄并輸入localhost:3000并訪問：
這樣示例的Express.js應用就已經在運行OK了。是不是非常簡單?有此基本的"Hello，World!"為基礎，我們進一步深入。
Docker多階段構建
容器化應用程序有很多好處：首先，無論運行平臺是什么，其行為都相同。借助Docker容器，應用程序可以輕松部署到各個公有容器云(比如AWS Fargate，Google Cloud Run)，自建的K8S集群中，甚至本地docker上。
容器化，基礎是Dockerfile。Dockerfile是構建Docker鏡像的基礎。用Dockerfile編譯生成的鏡像運行時，就稱之為容器。
如圖示，整個過程非常簡單：從Dockerfile構建Docker鏡像。運行鏡像，得到運行時容器。
Dockerfile
Dockerfile有一些類似命令行的語句：
- FROM node:14-alpine as base
- WORKDIR /src
- COPY package*.json /
- EXPOSE 3000
- FROM base as production
- ENV NODE_ENV=production
- RUN npm ci
- COPY . /
- CMD ["node", "bin/www"]
- FROM base as dev
- ENV NODE_ENV=development
- RUN npm install -g nodemon && npm install
- COPY . /
- CMD ["nodemon", "bin/www"]
通過Docker鏡像的分層繼承，創建了一個精簡的production鏡像和一個功能更豐富，以開發為重點的dev鏡像。
在Dockerfile中，使用了多階段構建,整個過程分為三個階段：base，production和dev。production和dev依賴于base，base為node:14-alpine的基礎鏡像，該基礎鏡像需要從DockerHub獲取，這是一個官方Alpine基礎OS的Node.js官方鏡像，主鏡像為345MB，Node.js鏡像大概不到40M。
- WORKDIR /src
- COPY package*.json /
- EXPOSE 3000
WORKDIR語句設置了Docker運行的工作目錄，其后的命令都在該工作目錄運行。COPY語句，復制package*.json(package.json和package-lock.json)容器中。
EXPOSE語句，設置Node.js Express Web服務器的監聽端口。上述步驟對于開發和生產階段都是通用的。
現在我們來看看生產目標階段是如何構建的。
production
在生產階段，繼續從基礎階段開始的工作，FROM語句指示Docker從base開始。ENV語句設置Docker將環境變量NODE_ENV為production。
- FROM base as production
- ENV NODE_ENV=production
- RUN npm ci
- COPY . /
- CMD ["node", "bin/www"]
變量ENV設置為production可以使性能提高三倍，并且提供一些其他優化，比如緩存視圖。npm install命令只會安裝主要依賴項，忽略開發依賴項。這些設置非常適合生產環境。
接著使用RUN語句運行npm ci而非npm install。npm ci適用于持續集成和部署。和npm install相比，會繞過某些面向用戶的功能。當然，npm ci需要一個package-lock.json文件才能工作。
之后，還是使用COPY語句將代碼復制到工作目錄。
最后使用CMD語句，運行Node應用服務器和/srcbin/www
dev
我們利用了多階段構建，并在開發階段添加開發所需的組件：
- FROM base as dev
- ENV NODE_ENV=development
- RUN npm install -g nodemon && npm install
- COPY . /
- CMD ["nodemon", "bin/www"]
大體上和生產極端類似，差異為NODE_ENV環境變量設置為development。
接著，用RUN語句安裝nodemon。每當文件更改時，nodemon都會重新啟動服務器，從而開發體驗更加流暢。同時執行npm install，該命令會遞歸安裝dev依賴項。例如，如果要使用Jest測試應用程序，那將是開發依賴項之一。
請注意，這兩個命令通過&&放在一起，創建更少的Docker層，于構建緩存非常有用。這是撰寫Dockerfile時候常用的一個技巧。
和生產階段相同，將代碼復制到容器。但是，用nodemon取代了Node服務器，這樣在每次文件/src更改時會重新啟動它。
.dockerignore
和git的.gitignore一樣，docker也使用.dockerignore來忽略不想放入Docker鏡像的文件。通過忽略無關的文件更改，它有助于使Docker鏡像保持身材，而且能使構建緩存更高效。本示例中.dockerignore
- .git
- node_modules
非常簡單，告訴Docker不COPY.git文件夾和node_modules從主機復制到Docker容器。
使用Docker Compose
到目前為止，我們創建一個使用運行Node.js Express應用程序Docker所需的大部分功能。為了更便捷，我們還建議用Docker Compose，這樣可以更輕松地使用單個或多個容器運行應用程序。這樣也無需要記住很長的命令來構建或運行容器。只需通過：
- docker-compose build
- docker-compose up
但是docker-compose使用yml的配置文件和dockerfile略有不同：
上述，我們指定Docker Compose的版本，在本例中為3.8，對應Docker引擎19.0.3支持的最新版本。這樣可以支持多階段Docker構建。
接著，指定正在使用的服務。在本教程中，只有一個名為web的服務，具有context為當前目錄的構建以及一個重要的構建參數target設置為dev。這告訴Docker在dev階段構建Docker映像。
之后，通過volumes制定 Docker卷。它指示Docker從Docker容器上的./和主機本地/src目錄復制和同步更改。當我們在主機中更改文件時，這將很有用，并且文件也將立即反映到容器中。
command語句運行npm run start:dev，start:dev執行內容定義在package.json，內容為：
- "start:dev": "nodemon ./bin/www"
表示使用nodemon啟動Web服務器。在開發環境中，可以在每次保存文件時重新啟動服務器。
接下來，用ports語句設置docker端口映射主機的3000端口與容器3000端口。在構建容器時，公開了端口3000， Web服務器就會在3000上運行。
最后，設置了兩個環境變量。首先，將其NODE_ENV設置為development，因為這樣可以看到詳細的Debug信息，也沒有任何視圖緩存。然后，將debug設置為*，讓Web服務器打印出所有內容的詳細調試消息。
測試應用程序
前面，設置了弄好了基礎構建配置文件，接著構建Docker鏡像。使用BuildKit優化Docker構建。啟用BuildKit可以更快地構建Docker鏡像，運行以下命令：
- COMPOSE_DOCKER_CLI_BUILD=1 DOCKER_BUILDKIT=1 docker-compose build
該命令告訴Compose在BuildKit上構建Docker鏡像。它應該在一段時間內運行并構建Docker鏡像，如下所示：
Docker鏡像大約在14秒內構建完成，使用BuildKit可以更快。運行該鏡像：
docker-compose up
然后瀏覽器訪問localhost:3000：
這樣我們，自配置的應用程序在Docker上已經完美運行。我們來改改源文件，看看效果。
我們修改下源碼將" Welcome to Express"更改為" Welcome to Express with Docker"來測試。在源文件目錄/src下，找到routes/index.jsline文件，修改語句為：
- res.render('index', { title: 'Express with Docker' });
保存文件，然后可以看到Web服務器已經重新啟動，表示Docker卷和nodemon可以都可以正常工作。
F5刷新瀏覽器，內容已經修改：
總結
本文中我們利用Docker和Docker Compose構建了一個簡單的Nodejs的開發和運行環境。Node.js和docker的配合很好。通過使用docker-compose，開發體驗更加流暢。當然這這是一個很簡單的開始，對于更復雜的應用(比如需要訪問數據庫)才是Docker Compose的用武之地，他可以同時啟動和管理多個容器，比如給開發環境增加Mongo或MySQL添加為應用程序的數據源，只需很輕松地增加一個docker-compose配置的服務語句就可以搞定整個環境。
