Docker 系列 | 08 - 多容器应用编排：Docker Compose 入门与实践

Docker 系列 | 08 - 多容器应用编排：Docker Compose 入门与实践

引言

在之前的文章中，我们学习了如何单独地运行和管理 Docker 容器。然而，在实际应用中，一个完整的服务往往由多个相互关联的容器组成，例如一个 Web 应用可能需要一个应用容器、一个数据库容器和一个缓存容器。手动管理这些容器的启动顺序、网络连接和卷挂载会非常繁琐且容易出错。

这时，Docker Compose 就派上用场了。Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。通过一个 YAML 文件来配置应用程序的服务，然后使用一个命令，就可以从这个配置中创建并启动所有服务。

本篇文章将带您入门 Docker Compose，学习如何编写 docker-compose.yml 文件，并实际部署一个多容器应用。

什么是 Docker Compose？

Docker Compose 是 Docker 官方提供的开源工具，它简化了多容器应用的定义和管理。其核心思想是：

1. **定义 (Define)**：使用一个名为 docker-compose.yml 的 YAML 文件来定义应用程序的服务、网络和卷。
2. **运行 (Run)**：通过一个简单的命令 (docker compose up)，就可以启动、停止、重建和管理整个应用栈。

Docker Compose 的优势：

• 简化配置：将所有容器的配置集中在一个文件，清晰明了。
• 自动化部署：一个命令即可启动整个应用，无需手动逐个启动容器。
• 服务发现：Compose 默认会为您的服务创建一个自定义网络，并启用内置 DNS，允许服务之间通过名称相互通信。
• 环境一致性：Compose 文件可以在不同的开发、测试、生产环境中共享，确保环境的一致性。

安装 Docker Compose

Docker Desktop (适用于 Windows/macOS) 通常已经内置了 Docker Compose。
对于 Linux 用户，您可能需要单独安装：

**Linux 安装示例 (Compose V2 - 推荐)**：

# 下载最新版本的 Compose V2
# 可以在 GitHub Release 页面查找最新版本：[https://github.com/docker/compose/releases](https://github.com/docker/compose/releases)
# 替换 x.x.x 为最新版本号
sudo curl -L [https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.24.5/docker-compose-linux-x86_64](https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.24.5/docker-compose-linux-x86_64) -o /usr/local/bin/docker-compose

# 赋予执行权限
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

# 验证安装
docker compose version

注意： 从 Docker Compose V2 开始，命令是 docker compose (无连字符)，而不是旧版 V1 的 docker-compose。本文将以 V2 语法为例。

docker-compose.yml 文件结构

docker-compose.yml 是 Docker Compose 的核心配置文件，它使用 YAML 语法。以下是一个典型的 docker-compose.yml 文件的结构：

version: '3.8' # Compose 文件格式版本，推荐使用最新稳定版

services: # 定义应用中的各个服务
  web: # 服务名称，在自定义网络中可作为 hostname 访问
    build: . # 指定 Dockerfile 路径，或 image: 指定镜像名称
    ports:
      - "80:80" # 端口映射，主机端口:容器端口
    volumes:
      - ./app:/usr/src/app # 卷挂载，主机路径:容器路径
    environment:
      - FLASK_ENV=development # 环境变量
    depends_on:
      - db # 声明服务依赖关系，db 服务会先启动
    networks:
      - my_network # 指定服务连接的网络
    healthcheck: # 健康检查，用于判断服务是否就绪
      test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost"]
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3

  db: # 另一个服务，数据库服务
    image: postgres:13 # 直接使用 Docker Hub 镜像
    environment:
      POSTGRES_DB: mydatabase
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
    volumes:
      - db_data:/var/lib/postgresql/data # 使用命名卷持久化数据
    networks:
      - my_network

volumes: # 定义命名卷，供服务使用
  db_data: # 命名卷名称

networks: # 定义自定义网络，供服务使用
  my_network: # 自定义网络名称
    driver: bridge # 网络驱动，默认为 bridge

常用字段解释：

• **version**：Compose 文件格式的版本号，如 3.8。不同版本支持的语法和功能略有不同。

• services：定义应用中的各个服务。每个服务会创建一个或多个容器实例。

  • 服务名称：如 web, db。这些名称在 Compose 创建的自定义网络中可作为 hostname 进行服务发现。
  • **build**：指定 Dockerfile 所在目录（或包含 Dockerfile 的构建上下文）。如果指定了，Compose 会先构建镜像。
  • **image**：指定要使用的 Docker 镜像名称。如果 build 和 image 都指定，build 会优先。
  • **ports**：端口映射，格式为 宿主机端口:容器端口。
  • **volumes**：卷挂载，格式为 宿主机路径:容器路径 (绑定挂载) 或 命名卷名称:容器路径 (命名卷)。
  • **environment**：定义环境变量，会传递到容器内部。
  • depends_on：声明服务之间的依赖关系。例如 web 依赖 db，则 db 会先于 web 启动。注意： depends_on 仅保证启动顺序，不保证服务就绪（如数据库连接已建立）。对于就绪检查，应使用 healthcheck。
  • **networks**：指定服务连接到哪个网络。如果未指定，Compose 会创建一个默认的桥接网络并将所有服务连接到它。
  • **healthcheck**：定义容器的健康检查。当健康检查通过后，Compose 才会认为服务是“就绪”的。

• **volumes**：顶级字段，用于定义命名卷。这些卷可以被多个服务共享。

• **networks**：顶级字段，用于定义自定义网络。这些网络可以被多个服务共享，实现服务发现。

Docker Compose 常用命令

在包含 docker-compose.yml 文件的目录中执行以下命令：

• docker compose up：

• 构建（如果需要）并启动 docker-compose.yml 中定义的所有服务。

  • -d：在后台运行容器（detached mode）。

• --build：强制重建镜像（即使没有 Dockerfile 变化）。

• docker compose down：

  • 停止并删除所有服务容器、网络和默认卷。
  • -v：同时删除命名卷（慎用，会删除数据）。

• docker compose ps：

  • 列出所有服务的容器状态。

• docker compose logs [service_name]：

  • 查看服务的日志输出。
  • -f：实时跟踪日志。

• **docker compose exec <service_name> <command>**：

  • 在指定服务的运行中容器内执行命令。

• docker compose exec web bash：进入 web 服务的容器终端。

• **docker compose build [service_name]**：

  • 构建或重建指定服务的镜像。

• **docker compose pull [service_name]**：

  • 拉取指定服务所需的镜像。

• **docker compose top**：

  • 查看服务的进程。

Docker Compose 实践：一个简单的 Flask 应用 + PostgreSQL 数据库

我们将使用 Docker Compose 来部署一个典型的 Web 应用（Flask）和数据库（PostgreSQL）组合。

项目结构：

my-flask-app/
├── app/
│   ├── app.py          # Flask 应用代码
│   └── requirements.txt # Python 依赖
└── docker-compose.yml  # Compose 配置文件

app/app.py (Flask 应用代码 - 假设会连接到 PostgreSQL):

from flask import Flask
import os
import psycopg2 # 假设已安装 psycopg2-binary

app = Flask(__name__)

# 从环境变量获取数据库连接信息
DB_HOST = os.environ.get('DB_HOST', 'localhost')
DB_NAME = os.environ.get('POSTGRES_DB', 'mydatabase')
DB_USER = os.environ.get('POSTGRES_USER', 'user')
DB_PASSWORD = os.environ.get('POSTGRES_PASSWORD', 'password')

@app.route('/')
def hello_world():
    try:
        conn = psycopg2.connect(host=DB_HOST, database=DB_NAME, user=DB_USER, password=DB_PASSWORD)
        cur = conn.cursor()
        cur.execute("SELECT 1")
        cur.close()
        conn.close()
        return "Hello from Flask! Connected to PostgreSQL successfully!"
    except Exception as e:
        return f"Hello from Flask! Failed to connect to PostgreSQL: {e}"

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

app/requirements.txt:

Flask==2.0.3
psycopg2-binary==2.9.3 # 用于连接 PostgreSQL

Dockerfile (在 app/ 目录下创建，如果需要构建 Flask 镜像):

FROM python:3.9-slim-buster

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 5000

CMD ["python", "app.py"]

注意：在 docker-compose.yml 中，我们可以选择 build: ./app 来让 Compose 根据这个 Dockerfile 构建镜像，也可以直接使用预构建的镜像 image: my-flask-app:1.0。这里我们选择 build。

docker-compose.yml:

version: '3.8'

services:
  web:
    build: ./app # 构建 web 服务镜像，Dockerfile 在 ./app 目录下
    ports:
      - "5000:5000" # 将主机 5000 端口映射到容器 5000 端口
    environment:
      DB_HOST: db # 使用服务名称 'db' 作为数据库主机名，Compose 会自动解析
      POSTGRES_DB: mydatabase
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
    depends_on:
      - db # 确保 db 服务在 web 服务之前启动
    networks:
      - app_network # 连接到自定义网络

  db:
    image: postgres:13 # 使用 PostgreSQL 官方镜像
    environment:
      POSTGRES_DB: mydatabase
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
    volumes:
      - db_data:/var/lib/postgresql/data # 将命名卷 db_data 挂载到 PostgreSQL 数据目录
    networks:
      - app_network # 连接到自定义网络

volumes: # 定义命名卷，用于 PostgreSQL 数据持久化
  db_data:

networks: # 定义自定义网络，用于 web 和 db 服务之间的通信
  app_network:
    driver: bridge

部署步骤：

1. 将上述文件保存到 my-flask-app 目录及其子目录 app/ 中。

2. 打开终端，进入 my-flask-app 目录。

3. 启动应用栈：

   docker compose up -d

这个命令会自动构建 web 服务的镜像，拉取 postgres 镜像，创建 db_data 命名卷和 app_network 网络，然后启动 db 服务，接着启动 web 服务，并将它们连接到 app_network。

4. 检查服务状态：

   Bash

   docker compose ps

   您应该看到 web 和 db 服务都在运行。

5. 查看日志 (可选)：

   Bash

   docker compose logs web
   docker compose logs db

6. 访问应用： 在浏览器中访问 http://localhost:5000。如果一切顺利，您应该看到 “Hello from Flask! Connected to PostgreSQL successfully!” 的消息。

7. 停止并清理：

   docker compose down

   这会停止并删除 web 和 db 容器，以及 app_network 网络。但 db_data 命名卷默认不会被删除（除非您使用 -v 选项）。

结语

通过本篇文章，我们详细了解了 Docker Compose 的概念、其 YAML 文件的结构以及常用的命令。通过一个 Flask 应用与 PostgreSQL 数据库的实例，您已经掌握了如何使用 Docker Compose 来定义和部署一个多容器应用。

Docker Compose 极大地简化了本地开发和测试环境的搭建，是 Docker 生态系统中不可或缺的工具。在下一篇文章中，我们将学习如何将本地构建的 Docker 镜像推送到远程仓库，特别是 Docker Hub，实现镜像的共享和分发。