前言
近年來，隨著微服務(wù)和容器的發(fā)展，設(shè)計(jì)、開發(fā)和運(yùn)行軟件的方式發(fā)生了重大變化。如今的應(yīng)用程序在可擴(kuò)展性、彈性、故障和變化速度方面都得到了優(yōu)化。在新原則的驅(qū)動(dòng)下，這些現(xiàn)代架構(gòu)需要不同的模式和實(shí)踐。本書旨在幫助開發(fā)人員將Kubernetes 作為運(yùn)行時(shí)平臺(tái)創(chuàng)建云原生應(yīng)用程序。首先，簡(jiǎn)要介紹一下本書的兩個(gè)主要部分：Kubernetes 和設(shè)計(jì)模式。
Kubernetes
Kubernetes 是一個(gè)容器編排平臺(tái)。Kubernetes 起源于谷歌的某個(gè)數(shù)據(jù)中心，谷歌的內(nèi)部容器編排平臺(tái)Borg 也誕生于此。多年來谷歌一直通過Borg 來運(yùn)行應(yīng)用程序。2014 年，谷歌決定利用Borg 的經(jīng)驗(yàn)建立一個(gè)名為“Kubernetes”（希臘語為“舵手”或“飛行員”）的新開源項(xiàng)目。2015 年該項(xiàng)目成為首個(gè)捐贈(zèng)給新成立的云原生計(jì)算基金會(huì)（Cloud Native Computing Foundation，CNCF）的項(xiàng)目。
Kubernetes 自創(chuàng)建之初就贏得了一個(gè)完整的用戶社區(qū)，而且貢獻(xiàn)者的數(shù)量以驚人的速度增長。如今，Kubernetes 成為GitHub 上最活躍的項(xiàng)目之一。在編寫本書之際，Kubernetes 已是最常用且功能最豐富的容器編排平臺(tái)。此外，許多其他平臺(tái)也都構(gòu)建于Kubernetes 之上。在這些平臺(tái)即服務(wù)的系統(tǒng)中，最為突出的是紅帽的OpenShift，它為Kubernetes 提供了各種附加功能，包括各種在平臺(tái)內(nèi)構(gòu)建應(yīng)用程序的方法。這些只是我們選擇Kubernetes 作為本書云原生模式參考平臺(tái)的部分原因。
你需要具備一定的Kubernetes 基本知識(shí)才能閱讀本書。第1 章概括了Kubernetes 的核心概念，并為后續(xù)各個(gè)模式奠定了基礎(chǔ)。
設(shè)計(jì)模式
設(shè)計(jì)模式的概念可以追溯到20 世紀(jì)70 年代的建筑領(lǐng)域。建筑師及系統(tǒng)理論家Christopher Alexander 與其團(tuán)隊(duì)于1977 年發(fā)表了開創(chuàng)性的《建筑模式語言》（牛津大學(xué)出版），其中描述了建立城鎮(zhèn)、大樓和其他建筑項(xiàng)目的建筑模式。后來，這個(gè)想法被新興的軟件業(yè)采用。該領(lǐng)域最著名的書籍《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖�的基礎(chǔ)》由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson與John Vlissides 四人合著，后以“四人組”著稱。我們談?wù)摰闹�名的單例模式、工廠方法或委托模式正是來自這本書。從那以后，許多優(yōu)秀的模式書籍紛紛問世，針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域從不同程度上進(jìn)行了講解，比如Gregor Hohpe 和BobbyWoolf 的《企業(yè)集成模式》，以及Martin Fowler 的《企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)模式》。簡(jiǎn)而言之，模式描述了問題的可復(fù)用解決方案注1。模式不同于配方，因?yàn)槟Ｊ讲粫?huì)提供解決問題的步驟說明，只提供了解決某一類問題的大概思路。例如，Alexander 的模式“啤酒館”描述了如何建造公共的飲酒場(chǎng)所，“陌生人和朋友都可以在這種地方結(jié)伴飲酒”，不再做一只“孤獨(dú)的錨”。所有依據(jù)這種模式建造的場(chǎng)所都會(huì)有所不同，但它們也有共同之處，例如可容納4~8 人的隔間，以及可供百人飲酒、聽音樂，以及其他活動(dòng)的場(chǎng)所。
然而，模式不僅限于提供解決方案，它還關(guān)系到一種語言的形成。獨(dú)特的模式名稱形成了一種緊湊、以名詞為中心的語言，其中每個(gè)模式都帶有唯一的名稱。在這種語言建立后，當(dāng)人們談?wù)撨@些模式時(shí)，這些名稱會(huì)自動(dòng)讓人們聯(lián)想到類似的表征。例如，當(dāng)我們談?wù)撘粡堊雷訒r(shí)，我們會(huì)假設(shè)我們談?wù)摰氖怯兴臈l腿的一塊木頭，而且可以在上面放東西。軟件工程也同樣，例如當(dāng)我們談?wù)摗肮�廠”時(shí)，在面向?qū)ο蟮木幊陶Z言上下文中，我們會(huì)立即將“工廠”與生成其他對(duì)象的對(duì)象相關(guān)聯(lián)。由于我們會(huì)立刻想起模式背后的解決方案，因此就可以節(jié)約時(shí)間來處理尚未解決的問題。
模式語言還有其他特征。各個(gè)模式之間相互關(guān)聯(lián)且可以重疊，因此很多模式加在一起就可以解決大部分問題。此外，正如《建筑模式語言》中描述的那樣，模式?jīng)]有統(tǒng)一的詳細(xì)程度和范圍。寬泛的模式可以涵蓋更廣泛的問題，并為如何解決問題提供粗略的指導(dǎo)。詳細(xì)度模式有一個(gè)非常具體的解決方案，但無法廣泛適用。本書包含所有類型的模式，其中許多模式都引用了其他模式，甚至可能將其他模式作為解決方案的一部分。
模式的另一個(gè)特征是它們都遵循嚴(yán)格的格式。然而，每個(gè)作者都定義了不同的格式，但我們沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模式。Martin Fowler 在《WritingSoftware Patterns》中概述了模式語言的格式。
本書的組織結(jié)構(gòu)
我們?yōu)楸緯�選擇了一種簡(jiǎn)單的模式格式。我們不遵循任何特定的模式描述語言。針對(duì)每個(gè)模式，我們使用以下結(jié)構(gòu)：
名稱
每個(gè)模式都帶有一個(gè)名稱，這也是章節(jié)的標(biāo)題。名稱是模式語言的中心。
問題
本節(jié)描述了背景信息，并詳細(xì)描述了模式的應(yīng)用范圍。
解決方案
本節(jié)介紹了模式以Kubernetes 特有的方式解決問題的方法。本節(jié)還給出與當(dāng)前模式相關(guān)、或是當(dāng)前模式的一部分的其他模式的引用。
討論
本節(jié)討論了針對(duì)給定上下文的解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。
參考資料
最后一節(jié)包含了與模式相關(guān)的其他信息來源。
我們按照如下結(jié)構(gòu)介紹了本書中的模式：
?? 第一部分 基礎(chǔ)模式，涵蓋了 Kubernetes 的核心概念。本章介紹了構(gòu)建基于容器的云原生應(yīng)用程序的基本原則和實(shí)踐。
?? 第二部分 行為模式，描述了基礎(chǔ)模式之上的模式，并詳細(xì)介紹了管理各種類型的容器和平臺(tái)交互的概念。
?? 第三部分 結(jié)構(gòu)化模式，涵蓋了與在 Pod 內(nèi)組織容器相關(guān)的模式，Pod 是Kubernetes 平臺(tái)的基本組成單位。
?? 第四部分 配置模式，深入講解在 Kubernetes 中處理應(yīng)用程序配置的各種方法。本部分中的模式涉及很多細(xì)節(jié)，包括將應(yīng)用程序連接到配置的具體方案。
?? 第五部分 高級(jí)模式，包括很多高級(jí)概念，例如擴(kuò)展平臺(tái)本身的方式，以及在集群內(nèi)直接構(gòu)建容器鏡像的方式。
有的模式可能不僅適合于一個(gè)類別。根據(jù)上下文不同，同一個(gè)模式可能也可以適用于多個(gè)類別。每個(gè)模式章節(jié)都是獨(dú)立的，你可以按照任意順序單獨(dú)閱讀各個(gè)章節(jié)。
本書面向的讀者對(duì)象
本書面向希望Kubernetes 平臺(tái)設(shè)計(jì)和開發(fā)云原生應(yīng)用程序的開發(fā)人員。如果你對(duì)容器和Kubernetes 的概念有基本的了解，并希望提升自身的水平，那么本書非常適合你。你無需了解Kubernetes 的底層知識(shí)也可以理解書中的用例和模式。架構(gòu)師、技術(shù)顧問和開發(fā)人員都可以從本書中描述的可復(fù)用模式中受益。
本書的內(nèi)容以實(shí)際項(xiàng)目中的用例和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)為基礎(chǔ)。我們希望幫助你創(chuàng)建更好的云原生應(yīng)用程序，而不是重新發(fā)明輪子。
內(nèi)容提要
本書有很多值得探索的地方。有些模式看起來可能像Kubernetes 手冊(cè)中的摘錄，但仔細(xì)觀察后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些模式是從概念的角度呈現(xiàn)的，這是其他書籍中從未出現(xiàn)過的角度。有些模式通過不同的方法進(jìn)行了解釋，并針對(duì)具體的問題提供了詳細(xì)的指導(dǎo)，如第四部分中的“配置模式”。
無論模式呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)多少，你都可以通過大量示例針對(duì)這些概念的說明，了解Kubernetes 為每種特定模式提供的所有內(nèi)容。書中所有的示例都經(jīng)過了測(cè)試，你可以通過后續(xù)“使用代碼示例”一節(jié)中介紹的方式獲取完整的源代碼。
在深入學(xué)習(xí)之前，首先讓我們簡(jiǎn)要地看一看這本書不包含的內(nèi)容：
?? 本書不是關(guān)于如何設(shè)置 Kubernetes 集群的指南。每個(gè)模式和每個(gè)示例的前提都是你已有啟動(dòng)并運(yùn)行Kubernetes。你可以通過多種方式嘗試這些示例。如果你有興趣學(xué)習(xí)如何設(shè)置Kubernetes 集群，那么我們建議你閱讀Brendan Burns 和Craig Tracey 的著作《管理Kubernetes》。另外，Michael Hausenblas 與SébastienGoasguen 合著的《Kubernetes 經(jīng)典實(shí)例》一書中介紹了大量設(shè)置Kubernetes 集群的方法。
?? 本書不是有關(guān) Kubernetes 的介紹，也不是參考手冊(cè)。我們介紹了大量Kubernetes 的功能，并給出了詳細(xì)的解釋，但我們關(guān)注的是這些功能背后的概念。第1 章簡(jiǎn)要介紹了Kubernetes 的基礎(chǔ)知識(shí)。如果你需要有關(guān)Kubernetes 使用方面的綜合性書籍，那么我們強(qiáng)烈推薦MarkoLuk??a 的著作《Kubernetes in Action》。
本書的寫作風(fēng)格非常輕松，各章均可單獨(dú)閱讀。
內(nèi)容約定
如上所述，模式形成了一種簡(jiǎn)單、彼此關(guān)聯(lián)的語言。為了強(qiáng)調(diào)這種模式的關(guān)聯(lián)，每種模式都用斜體字來表示（例如，Sidecar）。當(dāng)模式根據(jù)Kubernetes 的核心概念（如初始化容器或控制器）命名時(shí)，我們僅在直接引用模式本身時(shí)才使用這種特定的格式。如果有必要，我們還會(huì)給出相應(yīng)的章節(jié)。
此外，本書還采用下述約定：
?? 凡是可以在 shell 或編輯器中鍵入的內(nèi)容都以固定寬度的字體顯示。
?? Kubernetes 資源的名稱始終以大寫形式呈現(xiàn)（如 Pod）。如果資源采用了組合名稱（如ConfigMap），我們也會(huì)采用這種形式，因?yàn)檫@種形式可以更為清晰地表示“config map”，而且還表明它指代Kubernetes 概念。
?? 有時(shí)，Kubernetes 的資源名稱與“服務(wù)”或“節(jié)點(diǎn)”等常見概念相同。在這些情況下，我們僅在引用資源本身時(shí)使用資源名稱格式。
使用代碼示例
本書中的每個(gè)模式都有完整的可執(zhí)行示例支持，你可以通過本書的主頁找到這些示例（地址：https://k8spatterns.io/）。你還可以在每章末尾“參考資料”一節(jié)中找到每個(gè)模式示例的鏈接。
“參考資料”小節(jié)還包含許多指向與模式相關(guān)信息的鏈接。我們會(huì)通過示例代碼庫更新參考資料的列表，同時(shí)還會(huì)通過推特發(fā)布這些鏈接的變更。
Kubernetes 使用方面的綜合性書籍，那么我們強(qiáng)烈推薦MarkoLuk??a 的著作《Kubernetes in Action》。
本書的寫作風(fēng)格非常輕松，各章均可單獨(dú)閱讀。
內(nèi)容約定
如上所述，模式形成了一種簡(jiǎn)單、彼此關(guān)聯(lián)的語言。為了強(qiáng)調(diào)這種模式的關(guān)聯(lián)，每種模式都用斜體字來表示（例如，Sidecar）。當(dāng)模式根據(jù)Kubernetes 的核心概念（如初始化容器或控制器）命名時(shí)，我們僅在直接引用模式本身時(shí)才使用這種特定的格式。如果有必要，我們還會(huì)給出相應(yīng)的章節(jié)。
此外，本書還采用下述約定：
?? 凡是可以在 shell 或編輯器中鍵入的內(nèi)容都以固定寬度的字體顯示。
?? Kubernetes 資源的名稱始終以大寫形式呈現(xiàn)（如 Pod）。如果資源采用了組合名稱（如ConfigMap），我們也會(huì)采用這種形式，因?yàn)檫@種形式可以更為清晰地表示“config map”，而且還表明它指代Kubernetes 概念。
?? 有時(shí)，Kubernetes 的資源名稱與“服務(wù)”或“節(jié)點(diǎn)”等常見概念相同。在這些情況下，我們僅在引用資源本身時(shí)使用資源名稱格式。
使用代碼示例
本書中的每個(gè)模式都有完整的可執(zhí)行示例支持，你可以通過本書的主頁找到這些示例（地址：https://k8spatterns.io/）。你還可以在每章末尾“參考資料”一節(jié)中找到每個(gè)模式示例的鏈接。
“參考資料”小節(jié)還包含許多指向與模式相關(guān)信息的鏈接。我們會(huì)通過示例代碼庫更新參考資料的列表，同時(shí)還會(huì)通過推特發(fā)布這些鏈接的變更。