【Kubernetes】入门-部署Spring应用

Kubernetes

基本概念

Pod

是什么： Kubernetes 中最小的、最简单的部署和管理单元。
类比： 一台“逻辑主机”或一个“虚拟机实例”。
关键点：

• 一个 Pod 可以包含一个或多个紧密相关的容器（例如，一个应用容器和一个日志收集 sidecar 容器）。
  
• 这些容器共享网络命名空间（拥有相同的 IP 地址和端口空间）、存储卷和其他资源。
  
• Pod 是短暂的，会被频繁地创建和销毁
  

Deployment

是什么： 用于部署和管理 Pod 副本集的声明式定义。
解决的问题： 如何确保指定数量的、完全相同的 Pod 副本始终在运行？如何无缝更新应用（滚动更新）？如何在更新出问题时快速回滚？
关键点：

• 你定义一个“期望状态”（例如，需要运行 3 个 Nginx Pod），Deployment 控制器会确保实际状态始终匹配这个期望状态。
  
• 它是实现无状态应用部署的首选控制器。
  

Service

是什么： 一个稳定的网络端点，用于访问一组 Pod。
解决的问题： Pod 是短暂的，IP 地址会变。客户端如何稳定地找到并访问这些动态变化的 Pod？
关键点：

• Service 提供一个固定的 虚拟 IP (ClusterIP) 和 DNS 名称。
  
• 通过 标签选择器 (Label Selector) 来匹配一组 Pod，并将流量负载均衡到这些 Pod 上。
  
• 常见的类型：
  
  
  
  • ClusterIP: 默认类型，仅在集群内部可访问。
    
  • NodePort: 在每个节点上开放一个静态端口，从而可以从集群外部访问。
    
  • LoadBalancer: 使用云提供商的负载均衡器，向外部公开服务
    
  
  

Volume (存储卷)

是什么： 允许 Pod 中的容器持久化存储数据。
解决的问题： 容器内部的文件系统是临时的，容器重启后数据会丢失。如何持久化保存数据（如数据库文件、日志）？
关键点：

• 存储卷的生命周期独立于 Pod。即使 Pod 被销毁，存储卷中的数据依然存在。
  
• 支持多种后端存储类型：本地存储、云存储（如 AWS EBS、GCE PD）、NFS、分布式存储（如 Ceph）等。
  

Namespace (命名空间)
是什么： 在物理集群内部创建的虚拟集群，用于实现资源隔离和分组。
解决的问题： 在有多个团队或项目的大型集群中，如何避免资源（如 Pod、Service 名称）冲突？如何实现资源配额管理？
关键点：

• 默认有 default, kube-system (系统组件), kube-public 等命名空间。
  
• 可以为每个命名空间设置资源配额，限制其能使用的 CPU、内存等资源总量。
  

ConfigMap & Secret

• ConfigMap： 用于将非机密的配置数据（如配置文件、环境变量、命令行参数）与容器镜像解耦。让你可以不重写镜像就能改变应用配置。
  
• Secret： 与 ConfigMap 类似，但专门用于存储敏感信息，如密码、OAuth 令牌、SSH 密钥。数据会以 Base64 编码（非加密，需额外措施保障安全）存储。
  

使用K8S部署Spring Boot应用

前置条件，docker和kubernetes已安装配置

参考：macOS上优雅运行Docker容器
准备一个Spring Boot应用

SpringK8sDemoApplication

1. @SpringBootApplication
2. @RestController
3. public class SpringK8sDemoApplication {
5.         private static Date firstTime;
6.         private static SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
8.         public static void main(String[] args) {
9.                 SpringApplication.run(SpringK8sDemoApplication.class, args);
10.         }
12.         @GetMapping("/")
13.         public String hello() {
14.                 if (firstTime == null) {
15.                         firstTime = new Date();
16.                 }
17.                 // 容器里看日志是否有负载均衡
18.                 System.out.println("request in " + formatter.format(new Date()));
19.                 return "Hello from Spring Boot on Kubernetes! first time: " + formatter.format(firstTime);
20.         }
22.         @GetMapping("/health")
23.         public String health() {
24.                 return "OK";
25.         }
26. }

复制代码

pom.xml

1. <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2. <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
3.         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
4.         <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
5.         <parent>
6.                 <groupId>org.springframework.boot</groupId>
7.                 spring-boot-starter-parent</artifactId>
8.                 <version>3.5.7</version>
9.                 <relativePath />
10.         </parent>
11.         <groupId>com.example</groupId>
12.         spring-k8s-demo</artifactId>
13.         <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
14.         <name>spring-k8s-demo</name>
15.         <description>Demo project for Spring Boot</description>
16.         <properties>
17.                 <java.version>21</java.version>
18.         </properties>
19.         <dependencies>
20.                 <dependency>
21.                         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
22.                         spring-boot-starter</artifactId>
23.                 </dependency>
24.                 <dependency>
25.                         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
26.                         spring-boot-starter-web</artifactId>
27.                 </dependency>
28.                 <dependency>
29.                         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
30.                         spring-boot-starter-test</artifactId>
31.                         <scope>test</scope>
32.                 </dependency>
33.         </dependencies>
34.         <build>
35.                 <plugins>
36.                         <plugin>
37.                                 <groupId>org.springframework.boot</groupId>
38.                                 spring-boot-maven-plugin</artifactId>
39.                         </plugin>
40.                 </plugins>
41.         </build>
42. </project>

复制代码

构建 Docker 镜像

Dockerfile

1. FROM eclipse-temurin:21-jre-alpine AS runtime
3. # 创建应用目录
4. WORKDIR /app
6. # 复制jar文件
7. COPY target/spring-k8s-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar app.jar
9. # 暴露端口
10. EXPOSE 8080
12. # 启动应用
13. ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]

复制代码

build.sh

1. # 切换指定JDK版本（可选）
2. export JAVA_HOME=`/usr/libexec/java_home -v 21`
4. # 可替换mvn
5. mvnd clean package -DskipTests
7. # 构建镜像
8. docker build -t spring-k8s-demo:latest .

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编写 k8s Deployment 文件

k8s-deployment.yaml

1. apiVersion: apps/v1
2. kind: Deployment
3. metadata:
4.   name: spring-app
5. spec:
6.   replicas: 2  # 运行 2 个 Pod 副本
7.   selector:
8.     matchLabels:
9.       app: spring-app
10.   template:
11.     metadata:
12.       labels:
13.         app: spring-app
14.     spec:
15.       containers:
16.       - name: spring-app
17.         image: spring-k8s-demo:latest
18.         ports:
19.         - containerPort: 8080   # 容器内暴露的端口
20.         livenessProbe:          # 存活探针
21.           httpGet:
22.             path: /health
23.             port: 8080
24.           initialDelaySeconds: 300
25.           periodSeconds: 10
26.         readinessProbe:         # 就绪探针
27.           httpGet:
28.             path: /health
29.             port: 8080
30.           initialDelaySeconds: 300
31.           periodSeconds: 10
32.         resources:              # 分配资源
33.           requests:
34.             memory: "256Mi"
35.             cpu: "250m"
36.           limits:
37.             memory: "512Mi"
38.             cpu: "500m"

复制代码

k8s-services.yaml

1. # service.yaml
2. apiVersion: v1
3. kind: Service
4. metadata:
5.   name: sprint-service
6.   labels:
7.     app: sprint-service
8. spec:
9.   type: NodePort
10.   selector:
11.     app: spring-app
12.   ports:
13.     - protocol: TCP
14.       port: 80
15.       targetPort: 8080
16.       nodePort: 30080

复制代码

配置文件解释：

• Deployment:
  
  
  
  • replicas: 2：确保任何时候都有 2 个 Pod 在运行。
    
  • selector & labels：Deployment 通过 app: spring-app 这个标签来管理它创建的 Pod。
    
  • image：指定从哪个镜像运行容器。
    
  • resources：为容器设置 CPU 和内存的资源请求与限制，这是生产环境的最佳实践。
    
  
  
• Service:
  
  
  
  • type: NodePort: 在每个节点上开放一个静态端口，从而可以从集群外部访问
    
  • selector: app: spring-app：Service 通过这个标签找到要代理的 Pod。
    
  • ports：将 Service 的 80 端口流量转发到 Pod 的 8080 端口。
    
  
  

部署到集群

应用配置

1. kubectl apply -f k8s-deployment.yaml
2. kubectl apply -f k8s-services.yaml

复制代码

测试

• 查看pod状态
  

1. kubectl get pods

复制代码

Pod 状态变为 Running

• 查看Deployment状态
  

1. kubectl get deployment

复制代码

• 查看 Service
  

1. kubectl get service

复制代码

• curl
  

1. curl http://192.168.64.3:30080/

复制代码

根据时间，可以看到每次轮询到不同pod，也就是不同容器
注意：因为我使用是colima所以需要使用colima list命令查出来IP是192.168.64.3
k8s 常用命令

1. # 查看所有节点
2. kubectl get nodes
4. # 查看节点详情
5. kubectl describe node <node-name>
7. # 查看Pod
8. kubectl get pods
10. # 查看Pod详情
11. kubectl describe pod <pod-name>
13. # 查看Pod日志
14. kubectl logs <pod-name> -n <namespace>
16. # 查看单个 Pod 的日志
17. kubectl logs <pod-name>
19. # 查看部署
20. kubectl get deployments
22. # 查看部署详情
23. kubectl describe deployment <deployment-name>
25. # 查看由 Deployment 创建的所有 Pod 的日志
26. kubectl logs -l app=spring-app
28. # 转发端口（用于本地测试）
29. kubectl port-forward svc/sprint-service 8080:80
31. # 水平扩缩容（将副本数从 2 增加到 3）
32. kubectl scale deployment spring-app --replicas=3
34. # 查看部署历史
35. kubectl rollout history deployment/<deployment-name>
37. # 滚动更新（例如，更新到新版本的镜像）
38. kubectl set image deployment/spring-app java-app=spring-k8s-demo:2.0.0
40. # 回滚到上一个版本
41. kubectl rollout undo deployment/<deployment-name>
43. # 删除部署
44. kubectl delete -f k8s-deployment.yaml
45. kubectl delete -f k8s-services.yaml

复制代码

引用

https://github.com/WilsonPan/java-developer
例子： https://github.com/WilsonPan/java-developer/tree/main/samples/spring-demo

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