前端容器化实践

1.引言

前端容器化是一种将前端应用程序打包成容器的技术，使其可以在不同的环境中快速、高效地部署和运行。

2.背景

前后端分离的趋势已形成现状，前端工程复杂度叠加增长，新、老项目部署依赖的环境和Node.js版本会存在差异，生产环境下构建混淆后的脚本、静态资源文件依赖环境部署服务进行访问，前端工程未能形成"单体工件"部署，容器的出现大大简化了部署流程。

前端容器化可以方便的管理前端环境变量注入、运行环境(不同项目依赖不同的node环境，node的版本兼容是个很大的问题)、节约服务器成本、更快捷方便的版本回滚、多架构部署、CI/CD自动化集成部署、DevOps等等，好处只有多到你想不到(此处手动偷笑)。

本文基于React项目结合Docker，分享在前端引入容器技术带来的变革。

3.容器化在github的运用

github推出了github-action来做容器化的ci/cd，我下面展示用github-action做一个npm自动化发包的示例:

• 在项目根目录下新建.github/workflows/ci.yml文件
• 去npm官网申请一个token(具体怎么去申请，请自己去搜索解决)
• 将这段代码贴入ci.yml文件
• push代码到master分支，就会自动走ci/cd进行部署啦！

name: CI
on:
  push:
    branches:
      - master
jobs:
  build:
    # 指定操作系统
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      # 将代码拉到虚拟机
      - name: Checkout repository
        uses: actions/checkout@v2
      # 指定node版本
      - name: Use Node.js
        uses: actions/setup-node@v3
        with:
          node-version: '16.x'
          registry-url: 'https://registry.npmjs.org'
      # 依赖缓存策略
      - name: Cache
        id: cache-dependencies
        uses: actions/cache@v3
        with:
          path: |
            **/node_modules
          key: ${{runner.OS}}-${{hashFiles('**/pnpm-lock.yaml')}}
      - name: Install pnpm
        run: npm install -g pnpm@7.5.0
      # 依赖下载
      - name: Installing Dependencies
        if: steps.cache-dependencies.outputs.cache-hit != 'true'
        run: pnpm install
      # 打包
      - name: Running Build
        run: pnpm run build
      # 测试
      - name: Running Test
        run: pnpm run test-unit
      # 发布
      - name: Running Publish
        run: npm publish
        env:
          # NPM_TOKEN is access token
         NODE_AUTH_TOKEN: ${{ secrets.NPM_TOKEN }}

4.基于docker构建前端镜像

在学习前端项目ci/cd构建之前，让我们先学习下前端镜像怎么构建

4.1 安装docker

点此处坐飞机去安装docker安装完成后执行以下命令查看docker版本，尽量带buildx的版本

docker -v
Docker version 24.0.2, build cb74dfc

4.2 编写Dockerfile

这里先需要普及一个前端工程知识，我们都知道一个基于npm的项目，需要一个package.json文件，然后执行npm run install下载包，npm run build打包，打包出来的文件其实是不能直接运行的，需要启动一个node服务运行，所以我们就写一个最基本的基于node和nginx的镜像，示例如下

在项目根目录下添加nginx配置文件，取名为nginx.conf，内容如下

worker_processes  1;
 
events {  
    worker_connections  1024;  
} 
http {  
    sendfile         on;  
    tcp_nodelay       on;  
    keepalive_timeout  30; 
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    server {
        listen 80;
        server_name localhost;
        root /usr/share/nginx/front/dist;
        autoindex on;   
        autoindex_exact_size off;   
        autoindex_localtime on;
        location / {
            try_files $uri $uri/ =404;
            index index.html index.htm;
            gzip_static on;
            expires max;
            add_header Cache-Control public;
            if ($request_filename ~* ^.*?\.(eot)|(ttf)|(woff)|(svg)|(otf)$) {
                add_header Access-Control-Allow-Origin *;
            }
        }
    }
}

在项目根目录下添加docker配置文件，取名为Dockerfile，内容如下

FROM node:17-buster as builder

WORKDIR /src
COPY ./ /src

RUN npm install -g pnpm \
    && pnpm install \
    && pnpm build

FROM nginx:alpine-slim

RUN mkdir /usr/share/nginx/front \
    && mkdir /usr/share/nginx/front/dist \
    && rm -rf /etc/nginx/nginx.conf
 
COPY --from=builder /src/nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf

COPY --from=builder /src/dist /usr/share/nginx/front/dist

EXPOSE 80

接下来使用docker build打包镜像(如果有桌面工具，打包成功后docker桌面工具的images栏目能看到), docker run执行镜像(如果有桌面工具，运行成功后docker桌面工具的containers栏目能看到), docker run运行成功后可以打开浏览器输入：http://localhost 进行查看

docker buildx build -t webapp-demo:v1 .

docker run -d -p 80:80 webapp-demo:v1

4.3 如何基于Dockerfile做pnpm缓存

这里我引用一段话： 使用多阶段构建，构建的镜像中只包含了目标文件夹 dist，但仍然存在一些问题，当 package.json 文件变动时，RUN npm i && rm -rf ~/.npm 这一层会重新执行，变更多次后，生成了大量的中间层镜像。

为解决这个问题，进一步的我们可以设想一个类似 数据卷 的功能，在镜像构建时把 node_modules 文件夹挂载上去，在构建完成后，这个 node_modules 文件夹会自动卸载，实际的镜像中并不包含 node_modules 这个文件夹，这样我们就省去了每次获取依赖的时间，大大增加了镜像构建效率，同时也避免了生成了大量的中间层镜像。

此处课代表总结一下：就是尽量减少中间层镜像的可能，最小化docker映像大小和构建时间

由于我使用的是pnpm进行npm包管理，所以我去翻阅了pnpm官方文档关于此优化如下:

FROM node:20-slim AS base

ENV PNPM_HOME="/pnpm"
ENV PATH="$PNPM_HOME:$PATH"
RUN corepack enable

COPY . /app
WORKDIR /app

FROM base AS prod-deps
RUN --mount=type=cache,id=pnpm,target=/pnpm/store pnpm install --prod --frozen-lockfile

FROM base AS build
RUN --mount=type=cache,id=pnpm,target=/pnpm/store pnpm install --frozen-lockfile
RUN pnpm run build

FROM base
COPY --from=prod-deps /app/node_modules /app/node_modules
COPY --from=build /app/dist /app/dist
EXPOSE 8000
CMD [ "pnpm", "start" ]

于是本着依葫芦画瓢的精神，还有使用生产化的nginx配置，我找了同事写的nginx包装镜像，同样你可以执行docker build、docker run进行验证，然后我改造后的代码如下：

FROM node:17-buster AS builder

ENV PNPM_HOME="/pnpm"
ENV PATH="$PNPM_HOME:$PATH"
RUN corepack enable

WORKDIR /src
COPY ./ /src

RUN --mount=type=cache,target=/src/node_modules,id=myapp_pnpm_module,sharing=locked \
    --mount=type=cache,target=/pnpm/store,id=pnpm_cache \
        pnpm install

RUN --mount=type=cache,target=/src/node_modules,id=myapp_pnpm_module,sharing=locked \
        pnpm run build

FROM ghcr.io/zboyco/webrunner:0.0.7

COPY --from=builder /src/dist /app

4.4 如何利用buildx制作多架构镜像

docker buildx的工具，说白了就是给你提供一个能力，当你的宿主机是x86 64的架构时，你想构建镜像为ARM64的架构，就需要这个工具，给人的感觉有点类似交叉编译，诸如：go build的交叉编译，在win10下编译可执行程序，可用于特定linux平台

buildx本质上调用了 buildkit 的 api，构建是在 buildkit 的环境中进行的。 是否支持多架构，取决于 buildkit 的环境，如果需要 buildkit支持多架构，需要在宿主机执行（当然这个不是必须的，按构建的需求进行控制，Docker桌面版无需进行此项设置）：

docker run --privileged --rm tonistiigi/binfmt --install all

我们这里改造上面Dockerfile代码，使它支持多架构，由于platform是实验性质，所以需要先执行docker pull docker/dockerfile 拉取镜像

# syntax = docker/dockerfile:experimental
# --platform, 会让 builder 只会有一份，且 arch 与宿主机一致
FROM --platform=${BUILDPLATFORM:-linux/amd64} node:17-buster AS builder

ENV PNPM_HOME="/pnpm"
ENV PATH="$PNPM_HOME:$PATH"
RUN corepack enable

WORKDIR /src
COPY ./ /src

RUN --mount=type=cache,target=/src/node_modules,id=myapp_pnpm_module,sharing=locked \
    --mount=type=cache,target=/pnpm/store,id=pnpm_cache \
        pnpm install

RUN --mount=type=cache,target=/src/node_modules,id=myapp_pnpm_module,sharing=locked \
        pnpm run build

FROM ghcr.io/zboyco/webrunner:0.0.7

COPY --from=builder /src/dist /app

在执行打包镜像命令之前，我们先查看下我们机器默认的 builder 实例

docker buildx ls

NAME/NODE       DRIVER/ENDPOINT STATUS  BUILDKIT                              PLATFORMS
default         docker
  default       default         running v0.11.7-0.20230525183624-798ad6b0ce9f linux/amd64, linux/amd64/v2, linux/amd64/v3, linux/arm64, linux/riscv64, linux/ppc64le, linux/s390x, linux/386, linux/mips64le, linux/mips64, linux/arm/v7, linux/arm/v6
desktop-linux * docker
  desktop-linux desktop-linux   running v0.11.7-0.20230525183624-798ad6b0ce9f linux/amd64, linux/amd64/v2, linux/amd64/v3, linux/arm64, linux/riscv64, linux/ppc64le, linux/s390x, linux/386, linux/mips64le, linux/mips64, linux/arm/v7, linux/arm/v6

使用buildx执行上面的脚本打包镜像会报错如下

docker buildx build --platform linux/arm,linux/arm64,linux/amd64 -t webapp-official-website:v1 .

ERROR: Multiple platforms feature is currently not supported for docker driver. Please switch to a different driver (eg. "docker buildx create --use")

由于 Docker 默认的 builder 实例不支持同时指定多个 --platform，我们必须首先创建一个新的 builder 实例。同时由于国内拉取镜像较缓慢，我们可以使用配置了镜像加速地址的 dockerpracticesig/buildkit:master 镜像替换官方镜像。

如果你有私有的镜像加速器，可以基于 https://github.com/docker-practice/buildx 构建自己的 buildkit 镜像并使用它。

# 适用于国内环境
$ docker buildx create --use --name=mybuilder-cn --driver docker-container --driver-opt image=dockerpracticesig/buildkit:master

# 适用于腾讯云环境(腾讯云主机、coding.net 持续集成)
$ docker buildx create --use --name=mybuilder-cn --driver docker-container --driver-opt image=dockerpracticesig/buildkit:master-tencent

# $ docker buildx create --name mybuilder --driver docker-container

$ docker buildx use mybuilder

我们选择适用于国内环境的方案的命令进行创建， 可以看到多了name为 mybuilder-cn 的实例

docker buildx create --use --name=mybuilder-cn --driver docker-container --driver-opt image=dockerpracticesig/buildkit:master

docker buildx ls
NAME/NODE       DRIVER/ENDPOINT  STATUS   BUILDKIT                              PLATFORMS
mybuilder-cn *  docker-container
  mybuilder-cn0 desktop-linux    inactive
default         docker
  default       default          running  v0.11.7-0.20230525183624-798ad6b0ce9f linux/amd64, linux/amd64/v2, linux/amd64/v3, linux/arm64, linux/riscv64, linux/ppc64le, linux/s390x, linux/386, linux/mips64le, linux/mips64, linux/arm/v7, linux/arm/v6
desktop-linux   docker
  desktop-linux desktop-linux    running  v0.11.7-0.20230525183624-798ad6b0ce9f linux/amd64, linux/amd64/v2, linux/amd64/v3, linux/arm64, linux/riscv64, linux/ppc64le, linux/s390x, linux/386, linux/mips64le, linux/mips64, linux/arm/v7, linux/arm/v6

$ docker buildx build --platform linux/arm,linux/arm64,linux/amd64 -t myusername/hello . --push

# 查看镜像信息
$ docker buildx imagetools inspect myusername/hello

在不同架构运行该镜像，可以得到该架构的信息。

$ docker run -it --rm myusername/hello

5.如何利用容器化做前端环境变量注入

• 前端虽然对环境变量的需求场景不多，但是基本的api baseURL, appName, env这些是需要的
• 如果是微前端的场景，那么需要的其他网站url都是环境变量，还挺多的
• 依稀记得刚入行时，前端区分测试环境，线上环境就是直接通过域名进行判断，例如: inlcudes(url, ".com")?, 然后得到isProd去获取项目中配置的不同环境的变量，这样显得很low
• 后面出了vue, react这种框架，可以在npm run dev时候指明--prod，然后通过process拿到isProd，去获取对应配置
• 现在可以直接通过容器化注入环境变量，然后使用nginx将容器中的环境变量注入前端项目html的meta标签content中, 然后从meta标签获取变量
• 如果是monorepo项目，npm run build的时候，Dockerfile里面也需要通过容器中的环境变量获取打包哪个项目
• 测试环境通过ts文件配置环境变量，然后项目启动时组合这些环境变量信息，生成config default.yml, ci/cd时k8s自动将default.yml中配置的环境变量写入容器中
• 线上环境直接提供UI页面配置环境变量，然后调用api，后端api通过k8s将变量写入容器中
• 如何通过k8s读取配置的环境变量并写入容器中且听下回分解

下面贴一段生产场景下的Dockerfile示例代码(公司应该不会砍我吧！)，这里省略k8s如何往容器中注入环境变量，只考虑如何从容器中读取环境变量(假设环境变量已经注入容器中)

FROM --platform=${BUILDPLATFORM} hub-dev.rockontrol.com/rk-infrav2/docker.io/library/node:17-bullseye as builder

WORKDIR /src
COPY ./ ./

ARG APP
ARG ENV

ARG PROJECT_GROUP
ARG PROJECT_NAME
ARG PROJECT_VERSION

ARG YARN_NPM_REGISTRY_SERVER

RUN npm install -g --registry=${YARN_NPM_REGISTRY_SERVER} pnpm
RUN pnpm --registry=${YARN_NPM_REGISTRY_SERVER} install


RUN PROJECT_GROUP=${PROJECT_GROUP} PROJECT_VERSION=${PROJECT_VERSION} \
    npx devkit build --prod ${APP} ${ENV}

FROM hub-dev.rockontrol.com/rk-infrav2/ghcr.io/zboyco/webrunner:0.0.7

ARG PROJECT_NAME
COPY --from=builder /src/public/${PROJECT_NAME} /app

下面贴一段nginx如何将环境变量写入html中

#!/bin/sh

# This script is used to start the application

# 初始化一个字符串，用于存储拼接后的值
app_config="${APP_CONFIG}"
ext_config=""

# 遍历所有环境变量
for var in $(env | cut -d= -f1); do
    # 检查变量是否以 "APP_CONFIG__" 开头
    if [ "$(echo "$var" | grep '^APP_CONFIG__')" ]; then
        # 去除变量名前缀 "APP_CONFIG__"
        trimmed_var=$(echo "$var" | sed 's/^APP_CONFIG__//')
        # 使用 eval 来获取变量值并拼接到字符串中
        value=$(eval echo "\$$var")
        app_config="${app_config},${trimmed_var}=${value}"
    fi
done

# 去掉起始的逗号
export app_config=$(echo "$app_config" | sed 's/^,//')

# 解析app_config变量
# 以,分割 app_config
IFS=","
set -- $app_config
# 遍历数组
for config in "$@"; do
    # 以等号分剥数组
    IFS="="
    set -- $config
    # 将单个环境变量单独注入
    ext_config="${ext_config}        sub_filter '__$1__' '$2';\n"
    echo "$1: $2"
done

# Install envsubst
echo "Installing envsubst"
# 将扩展变量替换到 conf.template 中
sed "s@__EXTENT_CONFIG__@${ext_config}@g" /etc/nginx/conf.d/conf-base.template > /etc/nginx/conf.d/conf.template 

envsubst '${PROJECT_VERSION} ${ENV} ${app_config}'  /etc/nginx/conf.d/default.conf

# Start nginx
echo "Starting nginx"
nginx -g 'daemon off;'

下面贴一段前端如何从html meta标签中读取环境变量

import appConfig from "../../config";

interface IConfig {
  appName: string;
  baseURL: string;
  version?: string;
  env?: string;
}

export function getConfig(): IConfig {
  const defaultAppConfig = {
    appName: "",
    version: "",
    env: "",
    baseURL: "",
  };
  console.log("metaEnv", import.meta.env);

  if (import.meta.env.DEV) {
    return appConfig;
  } else {
    const appConfigStr = getMeta("app_config");

    if (!appConfigStr) return defaultAppConfig;

    return parseEnvVar(appConfigStr);
  }
}

function getMeta(metaName: string) {
  const metas = document.getElementsByTagName("meta");

  for (let i = 0; i  {
    const keyValues = item.split("=");

    return {
      ...pre,
      [keyValues[0]]: keyValues[1],
    };
  }, {} as IConfig);
}

const BASE_URL = getConfig().baseURL;

const instance = axios.create({
  baseURL: BASE_URL,
  headers: {
    "Content-Type": "application/json",
  },
  timeout: 60000, // 超时时间60秒
});

最后的最后，都贴了Dockerfile了，那就一不做二不休，贴个真实场景下的ci文件源码吧！！！

stages:
  - ship
  - deploy

ship:
  stage: ship
  image: hub-dev.rockontrol.com/rk-infrav2/gitlab-runner-buildx:0.0.0-b0450fe
  # variables:
  #   MULTI_ARCH_BUILDER: 1
  before_script:
    - echo "${DOCKER_PASSWORD}" | docker login "${DOCKER_REGISTRY}" -u="${DOCKER_USERNAME}" --password-stdin
    - BUILDKIT_NAME=node-buildkit hx buildx ci-setup
  script:
    - export PLATFORM=linux/amd64,linux/arm64
    - |
      if [[ -f ./.platform ]]; then
        source ./.platform
      else
        echo "WARNING, there is no .platform in project, USE default PLATFORM=${PLATFORM} "
      fi
    - hx buildx --with-builder --push --platform=${PLATFORM}
  tags:
    - webapp

deploy:
  stage: deploy
  script:
    - hx config
    - hx deploy
  dependencies:
    - ship
  tags:
    - webapp

6.前端应用的Kubernetes部署

Kubernetes是一个开源的容器编排平台，可以实现自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。以下是将前端应用部署到Kubernetes集群的步骤：

6.1 创建Deployment

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: frontend-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: frontend-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: frontend-app
    spec:
      containers:
        - name: frontend-app
          image: my-frontend-app:latest
          ports:
            - containerPort: 3000

6.2 创建Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend-service
spec:
  selector:
    app: frontend-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

6.3 部署到Kubernetes集群

使用kubectl命令部署应用到Kubernetes集群：

kubectl apply -f deployment.yaml
kubectl apply -f service.yaml

现在，您的前端应用已经在Kubernetes集群中运行，并可以通过LoadBalancer类型的Service外部访问。

7.关于前端React项目架构

7.1 核心技术

• 打包编译 - vite
• 包管理 - pnpm
• 编程语言 - typescript
• 前端框架 - react
• 路由 - react-router
• UI组件库 - antd
• cssinjs(不考虑性能开销) - emotion
• 全局数据共享 - zustand
• 自动生成api - openapi
• 网络请求 - axios
• 数据请求利器 - react-query
• 通用hook(可不用) - ahooks
• 错误边界 - react-error-boundary
• 前端日志(暂未集成) - sentry-javascript
• hack - babel
• 代码检查 - eslint
• ts代码检查插件 - typescript-eslint
• 代码美化 - prettier
• git钩子 - husky
• commit格式化 -commitlint

7.2 基于openapi自动获取api请求函数

// src/core/openapi/index.ts

// 示例代码
generateService({
  // openapi地址
  schemaPath: `${appConfig.baseURL}/${urlPath}`,
  // 文件生成目录
  serversPath: "./src",
  // 自定义网络请求函数路径
  requestImportStatement: `/// \nimport request from "@request"`,
  // 代码组织命名空间, 例如：Api
  namespace: "Api",
});

7.3 调用接口(react-query), 支持自动loading和接口请求联动

// HelloGet是一个基于axios的promise请求
export async function HelloGet(
  // 叠加生成的Param类型 (非body参数swagger默认没有生成对象)
  params: Api.HelloGetParams,
  options?: { [key: string]: any },
) {
  return request('/gin-demo-server/api/v1/hello', {
    method: 'GET',
    params: {
      ...params,
    },
    ...(options || {}),
  });
}

// 自动调用接口获取数据
const { data, isLoading } = useQuery({
  queryKey: ["hello", name],
  queryFn: () => {
    return HelloGet({ name: name });
  },
});

export async function HelloPost(body: Api.HelloPostParam, options?: { [key: string]: any }) {
  return request('/gin-demo-server/api/v1/hello', {
    method: 'POST',
    headers: {
      'Content-Type': 'application/json',
    },
    data: body,
    ...(options || {}),
  });
}

// 提交编辑数据
const { mutate, isLoading } = useMutation({
  mutationFn: HelloPost,
  onSuccess(data) {
    setName(data?.data || "");
  },
  onError() {
    // 清除queryKey为hello的接口数据缓存，自动重新获取接口数据
    queryClient.invalidateQueries({ queryKey: ['hello'] });
  }
})

mutate({ name: "lisi" });

8.前端React代码CLI

代码地址：https://github.com/rookie-luochao/create-vite-app-cli

9.结语

• 介绍了gitlab-action的在前端npm领域的基本配置
• 介绍了前端Dockerfile文件的编写，以及pnpm在docker的优化方案，如何利用buildx生成前端多架构镜像
• 介绍了生产场景下前端环境变量的使用
• 介绍了前端React项目技术架构方案