Build-Caching nutzen

Das Erstellen von Docker-Images kann Zeit in Anspruch nehmen, insbesondere bei komplexen Anwendungen. Der Build-Cache von Docker ist eine intelligente Funktion, die den Vorgang erheblich beschleunigt!

Hierzu werden Layer aus vorherigen Builds wiederverwendet, sodass Docker nicht jedes Mal alles von Grund auf neu erstellen muss.

Wenn Sie mithilfe einer Dockerfile ein Docker-Image erstellen, führt Docker jede Anweisung Zeile für Zeile aus.

• Jede Anweisung wie FROM, RUN oder COPY erstellt einen neuen „Layer“ in Ihrem Image.
• Diese Layer werden übereinandergestapelt und bilden das fertige Image.

Bevor Docker eine Anweisung ausführt, prüft es, ob genau dieser Layer bereits zuvor erstellt wurde. Dabei vergleicht Docker:

• die Anweisung selbst (z. B. RUN apt update).
• den „Kontext“ bestimmter Anweisungen (z. B. die Dateien, die mit COPY kopiert werden).

Wird ein passender Layer gefunden, verwendet Docker ihn aus dem Cache erneut, anstatt die Anweisung noch einmal auszuführen.

Der Cache ist praktisch, wird aber nicht immer verwendet. Wenn Docker eine Änderung an einer Anweisung oder ihrem Kontext erkennt, wird der Cache für diesen Layer und alle nachfolgenden Layer ungültig.

Das bedeutet, dass Docker ab diesem Punkt alles neu erstellt und alle darunterliegenden gecachten Layer ignoriert.

Um möglichst viele Cache-Treffer zu erzielen, ordnen Sie die Anweisungen in Ihrer Dockerfile von der am wenigsten wahrscheinlich zu ändernden bis zur am wahrscheinlichsten zu ändernden an.

• Stabile Abhängigkeiten zuerst: Installieren Sie Systempakete oder Anwendungsabhängigkeiten, die sich nur selten ändern.
• Anwendungscode zuletzt: Kopieren Sie den Quellcode Ihrer Anwendung, der sich häufig ändert, so spät wie möglich.

Sehen wir uns ein Beispiel an. Wenn Sie den Befehl RUN pip install, der sich normalerweise seltener ändert, vor COPY . . platzieren, das sich bei jeder Code-Aktualisierung ändert, kann Docker den Abhängigkeits-Layer wiederverwenden.

Stellen Sie sich vor, requirements.txt enthält flask und gunicorn, während app.py Ihre Hauptanwendung ist.

Dockerfile:

FROM python:3.9-slim
WORKDIR /app
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
COPY app.py .
CMD ["python", "app.py"]

Wenn sich nur app.py ändert, erstellt Docker lediglich die letzten COPY- und CMD-Layer neu. Das spart Zeit!

Wenn Sie COPY . . verwenden, prüft Docker jede einzelne Datei im Build-Kontext auf Änderungen. Selbst kleine, irrelevante Dateien wie .git-Ordner oder lokale Testdaten können den Cache ungültig machen.

Verwenden Sie eine .dockerignore-Datei, um unnötige Dateien und Verzeichnisse aus Ihrem Build-Kontext auszuschließen. Dadurch verhindern Sie, dass diese Dateien eine Ungültigkeit des Caches auslösen.

Legen Sie eine Datei namens .dockerignore im Stammverzeichnis Ihres Build-Kontexts ab, also neben Ihrer Dockerfile.

Beispiel für eine .dockerignore:

.git
.venv
__pycache__
*.log
node_modules

Wenn Sie nun COPY . . verwenden, ignoriert Docker diese Dateien. Dadurch werden Cache-Treffer zuverlässiger!

Manchmal soll sichergestellt werden, dass alles komplett neu erstellt wird und der Cache vollständig ignoriert wird. Das kann beim Debuggen hilfreich sein oder wenn Sie sicherstellen möchten, dass Sie die allerneuesten Versionen Ihrer Abhängigkeiten verwenden.

Sie können Docker dazu zwingen, den Build ohne Cache neu auszuführen, indem Sie Ihrem Build-Befehl das Flag --no-cache hinzufügen:

docker build --no-cache -t my-app:latest .

Sie erstellen ein Docker-Image für eine Node.js-Anwendung. Ihre Dockerfile sieht derzeit so aus:

FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY . .
RUN npm install
CMD ["npm", "start"]

Welche Änderung würde diese Dockerfile für das Caching von Builds am besten optimieren?

Gut gemacht! Sie haben gelernt, wie Sie den Docker-Build-Cache für schnellere Image-Builds einsetzen.

• Docker erstellt Images Layer für Layer und verwendet gecachte Layer, wenn möglich, erneut.
• Änderungen an einer Anweisung oder ihrem Kontext machen den Cache ab diesem Punkt ungültig.
• Optimieren Sie die Reihenfolge, indem Sie die Anweisungen von der am wenigsten bis zur am wahrscheinlichsten zu ändernden anordnen.
• Verwenden Sie .dockerignore, um irrelevante Dateien aus dem Build-Kontext auszuschließen.
• Verwenden Sie --no-cache, um bei Bedarf einen vollständig neuen Build zu erzwingen.

Effizientes Caching führt zu kürzeren Entwicklungszyklen und flexibleren Bereitstellungen!