一、Docker 简介

1.1 什么是 Docker？

Docker 是一个开源的应用容器引擎，基于 Go 语言并遵从 Apache 2.0 协议开源。Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。

1.2 Docker 核心特点

• 轻量级：容器共享宿主机内核，无需额外的虚拟机层
• 快速部署：秒级启动和停止容器
• 一致性：开发、测试、生产环境一致性
• 隔离性：进程、网络、文件系统完全隔离
• 可移植性：一次构建，随处运行
• 资源高效：比传统虚拟机更节省系统资源

1.3 Docker 与虚拟机对比

特性	Docker 容器	虚拟机
架构	应用层抽象	硬件层抽象
启动速度	秒级	分钟级
性能	接近原生	有损耗
资源占用	低	高
隔离级别	进程级	系统级
镜像大小	MB 级别	GB 级别
应用场景	微服务、持续集成	完整系统模拟

二、Docker 核心概念

2.1 镜像（Image）

Docker 镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的配置参数。镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

镜像特点：

• 采用分层存储架构（Union FS）
• 只读层，每一层都是上一层的增量
• 通过镜像ID唯一标识
• 可以通过标签（Tag）管理不同版本

2.2 容器（Container）

容器是镜像的运行时实例。镜像和容器的关系，就像面向对象程序设计中的"类"和"实例"一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。

容器特点：

• 在隔离环境中运行
• 拥有独立的文件系统、网络空间
• 可以被创建、启动、停止、删除、暂停
• 容器内进程是运行在隔离环境里的

2.3 仓库（Repository）

仓库是集中存储、分发镜像的服务。一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库；每个仓库可以包含多个标签；每个标签对应一个镜像。

仓库命名规范：

• <用户名>/<软件名>:<标签>
• 例如：nginx:latest、library/ubuntu:20.04
• 不指定标签时，默认使用 latest 标签

2.4 Dockerfile

Dockerfile 是 Docker 镜像的定制文件，包含了创建镜像所需的所有命令。通过 Dockerfile 可以定制自己所需项目工程的镜像。

三、Docker 基础命令

3.1 镜像操作

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest

# 查看本地镜像
docker images
# 或
docker image ls

# 删除镜像
docker rmi nginx
# 强制删除
docker rmi -f nginx

# 构建镜像
docker build -t myapp:1.0 .

# 保存镜像为 tar 文件
docker save -o myapp.tar myapp:1.0

# 从 tar 文件加载镜像
docker load -i myapp.tar

3.2 容器操作

# 运行容器
docker run -d -p 80:80 --name webserver nginx

# 选项说明：
# -d: 以分离模式运行容器（后台运行）
# -p: 端口映射（宿主机端口:容器端口）
# --name: 指定容器名称
# -it: 交互式 bash 模式
# --rm: 容器终止后自动删除

# 查看运行中的容器
docker ps

# 查看所有容器（包括已停止的）
docker ps -a

# 启动/停止容器
docker start webserver
docker stop webserver

# 重启容器
docker restart webserver

# 进入正在运行的容器
docker exec -it webserver bash

# 查看容器日志
docker logs webserver
# 实时查看日志
docker logs -f webserver

# 查看容器资源使用情况
docker stats webserver

# 删除容器
docker rm webserver
# 强制删除运行中的容器
docker rm -f webserver

3.3 常用命令速查表

命令	说明
docker images	列出本地镜像
docker ps	列出正在运行的容器
docker ps -a	列出所有容器（包括已停止的）
docker run [选项] 镜像名 [命令]	创建并启动容器
docker start/stop/restart <容器>	启动/停止/重启容器
docker exec -it <容器> bash	进入容器执行命令
docker logs <容器>	查看容器日志
docker rm <容器>	删除容器
docker rmi <镜像>	删除镜像
docker build -t <标签> .	构建镜像
docker pull <镜像>	拉取镜像
docker push <镜像>	推送镜像到仓库
docker stats	实时监控容器资源使用

四、Dockerfile 详解

4.1 Dockerfile 基本结构

# 指定基础镜像
FROM ubuntu:20.04

# 维护者信息
LABEL maintainer="example@example.com"

# 设置环境变量
ENV DEBIAN_FRONTEND=noninteractive \
    TZ=Asia/Shanghai

# 在容器中创建目录
WORKDIR /app

# 复制文件到容器
COPY . /app

# 安装依赖
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y python3 python3-pip && \
    pip3 install -r requirements.txt

# 暴露端口
EXPOSE 5000

# 容器启动命令
CMD ["python3", "app.py"]

4.2 常用 Dockerfile 指令

指令	说明
FROM	指定基础镜像（必须是第一条指令）
LABEL	添加元数据（如作者信息）
ENV	设置环境变量
WORKDIR	设置工作目录
COPY	从宿主机复制文件到容器
ADD	类似 COPY，但支持自动解压和 URL
RUN	在容器内执行命令
USER	设置默认用户名
EXPOSE	声明容器运行时监听的端口
CMD	容器启动时执行的命令（可被覆盖）
ENTRYPOINT	容器启动时执行的命令（不可被覆盖）

4.3 编写最佳实践

1. 合理选择基础镜像

   • 优先使用官方镜像
   • 选择最小化的基础镜像（如 alpine）
   • 例如：FROM node:14-alpine 比 FROM node:14 更小

2. 合并 RUN 指令

   # 不推荐
   RUN apt-get update
   RUN apt-get install -y package1 package2
   
   # 推荐
   RUN apt-get update && \
       apt-get install -y package1 package2 && \
       rm -rf /var/lib/apt/lists/*

3. 使用 .dockerignore 文件

   • 忽略不需要的文件（如 node_modules、.git）
   • 类似 .gitignore 的作用

4. 多阶段构建

   # 构建阶段
   FROM maven:3.6.0-jdk-8 AS build
   COPY src /usr/src/app/src
   COPY pom.xml /usr/src/app
   RUN mvn -f /usr/src/app/pom.xml clean package
   
   # 运行阶段
   FROM openjdk:8-jre-alpine
   COPY --from=build /usr/src/app/target/my-app.jar /app/my-app.jar
   CMD ["java", "-jar", "/app/my-app.jar"]

五、Docker Compose

5.1 什么是 Docker Compose？

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 YAML 文件配置应用程序的服务，然后使用一个命令创建和启动所有服务。

5.2 基本使用

docker-compose.yml 示例：

version: '3'
services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "5000:5000"
    volumes:
      - .:/code
    depends_on:
      - redis
  redis:
    image: "redis:alpine"

常用命令：

# 启动所有服务（后台运行）
docker-compose up -d

# 停止所有服务
docker-compose down

# 查看服务日志
docker-compose logs -f

# 重建服务
docker-compose build

# 重启服务
docker-compose restart

5.3 常用配置项

配置项	说明
build	指定 Dockerfile 路径
image	指定镜像名称
ports	端口映射
volumes	卷挂载
environment	设置环境变量
depends_on	指定服务依赖关系
networks	配置网络
restart	重启策略（no, on-failure, always, unless-stopped）

六、数据管理

6.1 数据卷（Volumes）

数据卷是在 Docker 管理的文件系统中存储数据的首选机制。

# 创建数据卷
docker volume create my-vol

# 查看数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详情
docker volume inspect my-vol

# 使用数据卷运行容器
docker run -d -v my-vol:/app/data nginx

6.2 绑定挂载（Bind Mounts）

绑定挂载将宿主机上的文件或目录挂载到容器中。

# 挂载宿主机目录到容器
docker run -d -v /宿主机路径:/容器路径 nginx

# 只读挂载
docker run -d -v /宿主机路径:/容器路径:ro nginx

6.3 临时文件系统（tmpfs）

tmpfs 将数据存储在宿主机的内存中，不会写入磁盘。

# 创建 tmpfs 挂载
docker run -d --tmpfs /app/cache nginx

七、网络管理

7.1 网络模式

模式	说明
bridge	默认模式，容器通过 Docker 网桥连接
host	容器共享宿主机网络命名空间
none	容器没有网络连接
container	容器共享另一个容器的网络

7.2 网络操作

# 创建网络
docker network create my-network

# 查看网络
docker network ls

# 查看网络详情
docker network inspect my-network

# 连接容器到网络
docker network connect my-network container1

# 断开容器与网络的连接
docker network disconnect my-network container1

# 删除网络
docker network rm my-network

7.3 自定义网络

# 创建自定义桥接网络
docker network create -d bridge --subnet=192.168.100.0/24 my-net

# 运行容器并连接到自定义网络
docker run -d --name web --network my-net nginx
docker run -d --name db --network my-net mysql

八、最佳实践

8.1 安全最佳实践

1. 避免使用 root 用户运行容器

   # 创建非特权用户
   RUN groupadd -r appuser && useradd -r -g appuser appuser
   USER appuser

2. 定期更新基础镜像

   • 修复已知漏洞
   • 使用最新安全补丁

3. 限制容器资源

   docker run -d \
     --memory=512m \
     --cpus=1.0 \
     --pids-limit=50 \
     nginx

4. 扫描镜像漏洞

   docker scan nginx:latest

8.2 性能优化

1. 使用多阶段构建减少镜像大小
2. 合理选择基础镜像（优先使用 alpine）
3. 合并 RUN 指令减少镜像层数
4. 清理不必要的文件和缓存
5. 限制容器资源使用

8.3 常见问题解决

问题1：容器启动后立即退出

解决方案：

• 检查容器日志：docker logs <容器名>
• 确保 CMD 或 ENTRYPOINT 指定了前台进程
• 例如：CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

问题2：端口冲突

解决方案：

• 更改宿主机端口映射：-p 8080:80
• 停止占用端口的进程：docker stop $(docker ps -q -f port=80)

问题3：数据持久化问题

解决方案：

• 使用数据卷：-v my-volume:/data
• 避免将数据存储在容器文件系统中

九、实用技巧

9.1 清理命令

# 删除所有停止的容器
docker container prune

# 删除所有未使用的镜像
docker image prune

# 删除所有未使用的网络
docker network prune

# 删除所有未使用的卷
docker volume prune

# 一键清理（谨慎使用）
docker system prune -a

9.2 调试技巧

# 临时进入容器
docker exec -it <容器> sh

# 查看容器进程
docker top <容器>

# 查看容器详细信息
docker inspect <容器>

# 实时监控容器资源
docker stats <容器>

9.3 构建优化

# 跳过缓存构建
docker build --no-cache -t myapp:1.0 .

# 使用构建参数
docker build --build-arg HTTP_PROXY=http://10.20.30.2:1234 -t myapp:1.0 .

# 并行构建多个镜像
docker buildx build --parallel .