在Docker中更快地构建Maven项目

一. 概述

本文将通过如下几个方式来构建 docker 镜像，通过记录每种方式的构建时间，从而得到在 docker 中构建 maven 项目最快的方式：

常规多阶段构建镜像
使用 buildkit 构建镜像
使用依赖分层的方式构建镜像
在 buildkit 构建期间使用卷挂载
使用 maven 守护进程构建镜像

在每次运行之间，我们通过添加一个空行来更改源代码；在每个部分之间，我们删除所有构建的镜像，包括作为多阶段构建结果的中间镜像，这样是为了避免重复使用以前构建的镜像，以便得到每种方式更准确的构建时间。下面使用一个简单的 spring boot 项目进行测试。

二. 常规多阶段构建镜像

这是相关的dockerfile：

from openjdk:11-slim-buster as build                         

copy .mvn .mvn                                               
copy mvnw .                                                  
copy pom.xml .                                               
copy src src                                                 

run ./mvnw -b package                                        

from openjdk:11-jre-slim-buster                              

copy --from=build target/fast-maven-builds-1.0.jar .         

expose 8080

entrypoint ["java", "-jar", "fast-maven-builds-1.0.jar"]

让我们执行构建：

time docker_buildkit=0 docker build -t fast-maven:1.0 .

暂时忘记环境变量，我将在下一节中解释

以下是五次运行的结果：

* 0.36s user 0.53s system 0% cpu 1:53.06 total
* 0.36s user 0.56s system 0% cpu 1:52.50 total
* 0.35s user 0.55s system 0% cpu 1:56.92 total
* 0.36s user 0.56s system 0% cpu 2:04.55 total
* 0.38s user 0.61s system 0% cpu 2:04.68 total

三. 使用 buildkit 构建镜像

前面的命令行使用了docker_buildkit环境变量，这是告诉 docker 使用旧引擎的方式。如果你有一段时间没有更新 docker，那是你正在使用的引擎。如今，buildkit已取代它，成为新的默认设置。

buildkit 带来了多项性能改进：

自动垃圾收集
并发依赖解析
高效的指令缓存
构建缓存导入/导出
等等。

让我们在新引擎上重新执行之前的命令：

time docker build -t fast-maven:1.1 .

这是第一次运行的控制台日志的摘录：

…
=> => transferring context: 4.35kb
=> [build 2/6] copy .mvn .mvn
=> [build 3/6] copy mvnw .
=> [build 4/6] copy pom.xml .
=> [build 5/6] copy src src
=> [build 6/6] run ./mvnw -b package
…

0.68s user 1.04s system 1% cpu 2:06.33 total

相同命令的以下执行具有稍微不同的输出：

…
=> => transferring context: 1.82kb
=> cached [build 2/6] copy .mvn .mvn
=> cached [build 3/6] copy mvnw .
=> cached [build 4/6] copy pom.xml .
=> [build 5/6] copy src src
=> [build 6/6] run ./mvnw -b package
…

请记住，我们在两次运行之间更改了源代码。我们不会更改的文件，即.mvn,mvnw和pom.xml，由 buildkit 缓存。但是这些资源很小，因此缓存不会显着改善构建时间。

* 0.69s user 1.01s system 1% cpu 2:05.08 total
* 0.65s user 0.95s system 1% cpu 1:58.51 total
* 0.68s user 0.99s system 1% cpu 1:59.31 total
* 0.64s user 0.95s system 1% cpu 1:59.82 total

快速浏览日志发现构建中的最大瓶颈是所有依赖项（包括插件）的下载。每次我们更改源代码时都会发生这种情况，这就是 buildkit 没有提高性能的原因。

四. 使用依赖分层的方式构建镜像

我们应该将精力集中在依赖关系上。为此，我们可以利用层并将构建分为两个步骤：

第一步，我们下载依赖
在第二个，我们做适当的包装

每一步都会创建一个层，第二个取决于第一个。
通过分层，如果我们在第二层更改源代码，则第一层不受影响，可以重复使用。我们不需要再次下载依赖项。新的dockerfile看起来像：

from openjdk:11-slim-buster as build

copy .mvn .mvn
copy mvnw .
copy pom.xml .

run ./mvnw -b dependency:go-offline                          

copy src src

run ./mvnw -b package                                        

from openjdk:11-jre-slim-buster

copy --from=build target/fast-maven-builds-1.2.jar .

expose 8080

entrypoint ["java", "-jar", "fast-maven-builds-1.2.jar"]

注意：go-offline不会下载所有内容。如果您尝试使用该-o选项（用于离线），该命令将不会成功运行。这是一个众所周知的老错误。在所有情况下，它都“足够好”。

让我们运行构建：

time docker build -t fast-maven:1.2 .

第一次运行比常规构建花费更多的时间：

0.84s user 1.21s system 1% cpu 2:35.47 total

但是，后续构建要快得多。更改源代码仅影响第二层，不会触发（大多数）依赖项的下载：

* 0.23s user 0.36s system 5% cpu 9.913 total
* 0.21s user 0.33s system 5% cpu 9.923 total
* 0.22s user 0.38s system 6% cpu 9.990 total
* 0.21s user 0.34s system 5% cpu 9.814 total
* 0.22s user 0.37s system 5% cpu 10.454 total

五. 在 buildkit 构建期间使用卷挂载

分层构建大大缩短了构建时间，不过还有一个问题，更改单个依赖项会使镜像依赖的层无效，因此我们需要再次下载所有依赖项。

幸运的是，buildkit在构建期间（而不仅仅是在运行期间）引入了卷挂载。有多种类型的挂载可用，但我们感兴趣的一种是缓存挂载。这是一项实验性功能，因此您需要明确选择加入：

dockerfile看起来像：

# syntax=docker/dockerfile:experimental                      
from openjdk:11-slim-buster as build

copy .mvn .mvn
copy mvnw .
copy pom.xml .
copy src src

# 使用缓存构建
run --mount=type=cache,target=/root/.m2,rw ./mvnw -b package 

from openjdk:11-jre-slim-buster

copy --from=build target/fast-maven-builds-1.3.jar .

expose 8080

entrypoint ["java", "-jar", "fast-maven-builds-1.3.jar"]

其中 # syntax=docker/dockerfile:experimental 用来开启实验性功能。
使用如下命令构建镜像：

time docker build -t fast-maven:1.3 .

构建时间高于常规构建，但仍低于分层构建：

0.71s user 1.01s system 1% cpu 1:50.50 total

以下构建与层相当：

* 0.22s user 0.33s system 5% cpu 9.677 total
* 0.30s user 0.36s system 6% cpu 10.603 total
* 0.24s user 0.37s system 5% cpu 10.461 total
* 0.24s user 0.39s system 6% cpu 10.178 total
* 0.24s user 0.35s system 5% cpu 10.283 total

六. 使用 maven 守护进程构建镜像

使用 maven 守护进程构建镜像的 dockerfile 文件内容如下：

from openjdk:11-slim-buster as build
# 下载最新版本的 maven 守护进程
add https://github.com/mvndaemon/mvnd/releases/download/0.6.0/mvnd-0.6.0-linux-amd64.zip . 
# 更新包索引
run apt-get update \     
# 安装 unzip
 && apt-get install unzip \     
# 创建专用文件夹
 && mkdir /opt/mvnd \       
# 提取我们在前面下载的 mvnd
 && unzip mvnd-0.6.0-linux-amd64.zip \ 
# 将提取的存档内容移动到之前创建的文件夹
 && mv mvnd-0.6.0-linux-amd64/* /opt/mvnd                    

copy .mvn .mvn
copy mvnw .
copy pom.xml .
copy src src
# 使用 mvnd 代替 maven 包装器
run /opt/mvnd/bin/mvnd -b package                            

from openjdk:11-jre-slim-buster

copy --from=build target/fast-maven-builds-1.4.jar .

expose 8080

entrypoint ["java", "-jar", "fast-maven-builds-1.4.jar"]

使用下面的命令构建镜像：

time docker build -t fast-maven:1.4 .

日志输出如下：

* 0.70s user 1.01s system 1% cpu 1:51.96 total
* 0.72s user 0.98s system 1% cpu 1:47.93 total
* 0.66s user 0.93s system 1% cpu 1:46.07 total
* 0.76s user 1.04s system 1% cpu 1:50.35 total
* 0.80s user 1.18s system 1% cpu 2:01.45 total

与常规构建镜像相比没有显着改善。

七. 结论

以下是所有执行时间的汇总：

	基线	构建工具包	图层	卷挂载	mvnd
#1 (s)	113.06	125.08	155.47	110.5	111.96
#2 (s)	112.5	118.51	9.91	9.68	107.93
#3 (s)	116.92	119.31	9.92	10.6	106.07
#4 (s)	124.55	119.82	9.99	10.46	110.35
#5 (s)	124.68		9.81	10.18	121.45
#6 (s)			10.45	10.28
#7 (s)				44.71
平均（秒）	118.34	120.68	9.91	10.24	111.55
偏差	28.55	6.67	0.01	0.10	111.47
基线增益 (s)	0	-2.34	108.43	108.10	6.79
％获得	0.00%	-1.98%	91.63%	91.35%	5.74%

在 docker 中加快 maven 构建的性能与常规构建有很大不同，限制因素是依赖项的下载速度，需要使用层来缓存依赖项。
对于 buildkit，建议使用新的缓存挂载功能，以避免在层失效时下载所有依赖项。

参考文章

https://blog.frankel.ch/faster-maven-builds/2/

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