深入解析：深入理解 Docker：从入门到实践

特性	虚拟机（VM）	Docker 容器
架构	Hypervisor + Guest OS + App	Host OS + Docker Engine + Container
是否运行完整操作系统	是（每个 VM 都有独立的 OS）	否（只运行应用进程）
内核使用方式	每个 VM 运行自己的内核（通过虚拟化）	所有容器共享宿主机的 Linux 内核
资源开销	高（内存、CPU 占用大）	低（仅应用本身资源）
启动速度	慢（秒到分钟级）	快（毫秒到秒级）

✅ 关键点：
Docker 容器并不是一个完整的操作系统，它只是在宿主机上运行的一个或多个进程，并通过 Linux 内核提供的隔离机制，让这些进程“以为”自己运行在一个独立环境中。

这意味着：

你不能在 Linux 宿主机上运行 Windows 容器（除非使用 WSL2 等特殊技术）
但可以在 Linux 上运行各种基于 Linux 的发行版容器（如 Ubuntu、CentOS、Alpine），因为它们都使用相同的 Linux 内核

2. 如何实现“复用”？—— 镜像分层（Layered File System）

Docker 镜像是由多个只读层（layers）组成的。每一层代表对文件系统的一次修改（比如安装软件、复制文件等）。这种设计实现了高效复用和节省存储空间。

示例：Dockerfile 构建过程中的分层

FROM ubuntu:20.04          # 基础层：Ubuntu 镜像
RUN apt-get update         # 第二层：执行更新命令 → 新增一个 layer
RUN apt-get install -y nginx # 第三层：安装 Nginx → 又一个 layer
COPY index.html /var/www/html # 第四层：复制文件
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

构建后，镜像结构如下：

Layer 4 (可读写层，容器运行时) ← CMD 执行入口↓
Layer 3 ← COPY index.html ...↓
Layer 2 ← RUN apt-get install nginx↓
Layer 1 ← RUN apt-get update↓
Base Layer ← FROM ubuntu:20.04

复用机制说明：

如果两个不同的镜像都基于 ubuntu:20.04，那么这个基础层只会存储一份。
当你再次构建时，如果某一层没有变化（例如 apt-get update 命令未改变），Docker 会直接复用缓存层，无需重新执行。
多个容器启动自同一镜像时，它们共享这些只读层，只有最上面的“可写层”是各自独立的。

这就是为什么 Docker 镜像体积小、构建快、部署迅速的原因之一。

3. 隔离机制：Linux Namespaces（命名空间）

为了让容器看起来像是一个独立的系统，Docker 使用了 Linux 内核的 Namespaces 技术，为每个容器提供独立的视图。

常见的 Namespace 类型：

Namespace	功能	容器中表现
`PID` (Process ID)	进程隔离	容器内只能看到自己的进程，`ps aux` 不会显示宿主机其他进程
`NET` (Network)	网络隔离	拥有独立的网络栈（IP、端口、路由表）
`MNT` (Mount)	文件系统挂载点隔离	容器有自己的挂载目录结构
`UTS` (Unix Timesharing System)	主机名和域名隔离	容器可以有自己的 hostname
`IPC` (Inter-Process Communication)	进程间通信隔离	信号量、消息队列等独立
`USER`	用户 ID 隔离	容器内用户与宿主机用户映射不同（支持安全增强）

✅ 举例：即使你在容器里以 root 身份运行程序，由于 USER namespace 的存在，它在宿主机上可能只是一个普通用户权限，从而提升安全性。

4. 资源限制：Control Groups（Cgroups）

虽然 Namespaces 提供了“隔离”，但如果没有资源控制，某个容器可能会耗尽宿主机的所有 CPU 或内存。

Cgroups（Control Groups） 是 Linux 内核功能，用于：

限制资源使用（CPU、内存、磁盘 I/O、网络带宽）
统计资源消耗
优先级控制
进程冻结/恢复

实际命令示例：

# 限制容器最多使用 50% 的 CPU 和 512MB 内存
docker run -d \
--cpus=0.5 \
--memory=512m \
--name limited-app \
nginx

你可以通过以下命令查看资源限制效果：

docker stats limited-app

输出将显示该容器的实际 CPU、内存、网络使用情况。

5. 文件系统：UnionFS（联合文件系统）

UnionFS 是一种“分层”文件系统，允许将多个文件系统“叠加”成一个统一的视图。Docker 利用这一点实现镜像的分层和容器的可写层。

工作原理：

镜像的每一层都是只读层
当容器启动时，Docker 在最顶层添加一个可写层（Writable Layer）
所有对文件的修改（新建、删除、修改）都发生在这一层
下层的原始数据保持不变

⚠️ 注意：“写时复制”（Copy-on-Write, CoW）策略：
当你尝试修改一个位于底层的文件时，Docker 会先将该文件复制到可写层，然后进行修改。
原始层仍然保持不变，保证了镜像的不可变性和多容器共享。

6. 容器是如何运行起来的？流程总结

用户执行：docker run -d nginx
Docker Client 发送请求给 Docker Daemon
Daemon 检查本地是否有 nginx 镜像，没有则从 Registry 拉取
Daemon 创建一个新的容器对象
为容器分配：
- 一个独立的 Namespace 集合（PID、NET、MNT 等）
- Cgroup 来限制资源
- 联合文件系统挂载点（只读层 + 可写层）
启动容器内的主进程（如 nginx）
返回容器 ID，运行完成

整个过程通常在 1 秒以内完成，远快于启动一个虚拟机。

总结：Docker 轻量高效的四大支柱

技术	作用
共享内核	避免重复运行操作系统，极大降低资源开销
镜像分层 + UnionFS	实现镜像复用、缓存加速、节省磁盘空间
Namespaces	提供进程、网络、文件系统等维度的隔离，营造“独立环境”假象
Cgroups	控制资源使用，防止“流氓容器”拖垮宿主机

正是这四项 Linux 内核技术的结合，使得 Docker 成为现代云原生基础设施的核心组件。

补充：容器 ≠ 虚拟机

维度	容器	虚拟机
隔离级别	进程级隔离	硬件级隔离（更强）
性能损耗	极低（接近原生）	较高（需模拟硬件）
启动速度	快（<1s）	慢（>10s）
存储占用	小（MB 级）	大（GB 级）
安全性	依赖内核，风险略高	更强（完全隔离）
使用场景	微服务、CI/CD、开发测试	多租户、异构系统、强隔离需求

✅ 推荐选择：
开发、测试、微服务部署 → Docker 容器
需要运行不同操作系统或极高安全要求 → 虚拟机

三、Docker 安装指南

1. CentOS 安装 Docker

# 卸载旧版本
sudo yum remove docker \
docker-client \
docker-client-latest \
docker-common \
docker-latest \
docker-latest-logrotate \
docker-logrotate \
docker-engine
# 安装依赖
sudo yum install -y yum-utils
sudo yum-config-manager \
--add-repo \
https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
# 安装 Docker Engine
sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
# 启动并设置开机自启
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker
# 验证安装
docker --version

2. Debian/Ubuntu 安装 Docker

# 更新包索引
sudo apt-get update
# 安装依赖
sudo apt-get install ca-certificates curl gnupg
# 添加 Docker 官方 GPG 密钥
sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.gpg
# 设置仓库
echo \
"deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/debian \
$(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME") stable" | \
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
# 安装 Docker
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin
# 启动服务
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

3. Windows 安装 Docker

Windows 用户推荐使用 Docker Desktop for Windows：

注意：Windows 10/11 Pro 或 Enterprise 版本支持 Hyper-V，家庭版需使用 WSL 2 后端。

四、Docker 常用命令详解

基础命令

命令	说明
`docker version`	查看 Docker 版本
`docker info`	显示 Docker 系统信息
`docker --help`	查看帮助

镜像相关命令

命令	说明
`docker images`	列出本地镜像
`docker pull ubuntu:20.04`	从仓库拉取镜像
`docker build -t myapp:v1 .`	构建镜像
`docker rmi image_id`	删除镜像
`docker rmi $(docker images -q)`	删除所有镜像
`docker tag old_image new_name`	重命名镜像

容器相关命令

命令	说明
`docker run -d -p 8080:80 nginx`	后台运行容器，映射端口
`docker run -it ubuntu /bin/bash`	交互式运行容器
`docker ps`	查看运行中的容器
`docker ps -a`	查看所有容器（包括已停止）
`docker stop container_id`	停止容器
`docker start container_id`	启动已停止的容器
`docker restart container_id`	重启容器
`docker rm container_id`	删除容器
`docker rm -f container_id`	强制删除运行中的容器
`docker exec -it container_id /bin/bash`	进入运行中的容器
`docker logs container_id`	查看容器日志
`docker inspect container_id`	查看容器详细信息
`docker stats`	实时查看容器资源使用情况

命令区别示例

docker run vs docker start
- run 是创建并启动新容器
- start 是启动已存在的容器
docker stop vs docker kill
- stop 发送 SIGTERM，允许优雅关闭
- kill 发送 SIGKILL，立即终止
docker rm vs docker rmi
- rm 删除容器
- rmi 删除镜像

五、Dockerfile 构建与最佳实践

Dockerfile 示例

# 使用基础镜像
FROM ubuntu:20.04
# 维护者信息
LABEL maintainer="dev@example.com"
# 更新包并安装软件
RUN apt-get update && apt-get install -y \nginx \curl \&& rm -rf /var/lib/apt/lists/*
# 暴露端口
EXPOSE 80
# 复制文件到容器
COPY index.html /var/www/html/
# 设置工作目录
WORKDIR /var/www/html
# 容器启动时执行的命令
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

Dockerfile 指令详解

指令	说明
`FROM`	指定基础镜像
`RUN`	执行命令（构建时）
`CMD`	容器启动命令（可被覆盖）
`ENTRYPOINT`	入口点（不易被覆盖）
`COPY`	复制文件到镜像
`ADD`	类似 COPY，支持 URL 和自动解压
`ENV`	设置环境变量
`ARG`	构建参数
`WORKDIR`	设置工作目录
`EXPOSE`	声明端口
`VOLUME`	创建挂载点
`USER`	切换用户
`ONBUILD`	触发器指令

当然可以！下面将详细讲解 Dockerfile 中常用的指令，包括每个命令的作用、语法、使用场景、注意事项，以及相关指令之间的区别。最后会给出一个完整的、生产级别的构建示例。

一、Dockerfile 常用指令详解

✅ 最佳实践建议：所有 Dockerfile 指令推荐使用 exec 形式（数组语法） 而非 shell 形式，以避免信号传递问题和隐式 shell 启动。

1. `FROM` —— 指定基础镜像

FROM ubuntu:20.04
# 或使用多阶段构建
FROM golang:1.21 AS builder

作用：定义镜像的起点，所有后续操作基于此镜像。
必须是第一个非注释指令。
支持指定别名（用于多阶段构建）：AS <name>
推荐使用带标签的官方镜像（如 alpine, debian, ubuntu），避免使用 latest 标签（不利于可重现性）。

⚠️ 注意：选择轻量基础镜像（如 alpine）可显著减小最终镜像体积。

2. `RUN` —— 构建时执行命令

RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
RUN ["apt-get", "clean", "/var/lib/apt/lists/*"]

作用：在镜像构建过程中执行命令，并将结果保存为新的一层。
支持两种语法：
- shell 形式：RUN yum install -y httpd
- exec 形式：RUN ["yum", "install", "-y", "httpd"]（推荐）
每个 RUN 指令会创建一个新层，因此建议将多个命令合并以减少层数。

✅ 优化技巧：

RUN apt-get update && \apt-get install -y \nginx \curl \vim && \rm -rf /var/lib/apt/lists/*

3. `CMD` —— 容器启动时的默认命令

CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
CMD ["--port=8080"]  # 配合 ENTRYPOINT 使用

作用：指定容器运行时的默认命令或参数。
一个 Dockerfile 中只能有一个有效 CMD（最后一个生效）。
可被 docker run 命令行参数完全覆盖。

示例：

docker run myapp echo "hi"  # 完全覆盖 CMD

4. `ENTRYPOINT` —— 定义容器的可执行入口

ENTRYPOINT ["java", "-jar", "/app.jar"]

作用：让容器像一个“可执行程序”一样运行。
容器启动时，ENTRYPOINT 是固定主命令，CMD 或 docker run 参数作为其参数传入。
必须使用 --entrypoint 才能覆盖。

✅ 与 CMD 的核心区别：

组合	`docker run` 行为
`ENTRYPOINT ["echo"]` `CMD ["hello"]`	`docker run img` → 输出 `hello` `docker run img world` → 输出 `world`
`CMD ["echo", "hello"]`	`docker run img` → 输出 `hello` `docker run img world` → 输出 `world`（覆盖整个 CMD）

总结：ENTRYPOINT + CMD = 主程序 + 默认参数

5. `COPY` vs `ADD` —— 复制文件到镜像

`COPY`（推荐）

COPY ./src /app/src
COPY requirements.txt /app/

作用：从构建上下文复制文件或目录到镜像中。
只支持本地路径。
简单、安全、透明，推荐用于大多数场景。

`ADD`（慎用）

ADD https://example.com/config.json /app/
ADD archive.tar.gz /app/  # 自动解压

功能比 COPY 多：
- 支持 URL 下载
- 自动解压 tar.gz 等压缩包
不推荐滥用，因为行为不够透明（自动解压可能引发意外）。

✅ 最佳实践：

本地文件 → 用 COPY
远程文件或需解压 → 显式用 RUN curl/wget && tar，更可控

6. `WORKDIR` —— 设置工作目录

WORKDIR /app

作用：为后续的 RUN, CMD, ENTRYPOINT, COPY, ADD 等指令设置当前工作目录。
如果目录不存在，会自动创建。
推荐使用绝对路径。
可多次使用，路径会叠加。

✅ 示例：

WORKDIR /app
WORKDIR src  # 实际路径为 /app/src

7. `ENV` —— 设置环境变量

ENV NODE_ENV=production
ENV PATH=/app/bin:$PATH

作用：定义环境变量，在构建和运行时都可用。
可在后续指令中使用 ${VAR_NAME} 引用。
常用于设置语言、路径、配置参数等。

⚠️ 注意：ENV 设置的变量在容器运行时仍存在，可用于应用配置。

8. `ARG` —— 构建参数

ARG BUILD_VERSION
ARG NODE_ENV=development
RUN echo "Building version: ${BUILD_VERSION}"

作用：定义仅在构建阶段使用的变量。
不会出现在最终镜像的环境变量中（比 ENV 更安全）。
可通过 docker build --build-arg VAR=value 传入。

✅ 与 ENV 的区别：

特性	`ARG`	`ENV`
是否存在于运行时容器	❌ 否	✅ 是
是否可用于 `RUN` 指令	✅ 是	✅ 是
是否可被 `--build-arg` 覆盖	✅ 是	❌ 否
安全性（敏感信息）	更高	较低（建议不用）

敏感信息（如密钥）应使用 Docker Secrets 或外部配置管理，不要写在 ARG 或 ENV 中。

9. `EXPOSE` —— 声明端口

EXPOSE 80/tcp
EXPOSE 443

作用：声明容器在运行时会监听的端口。
仅是文档说明，不会自动映射端口。
实际端口映射需在 docker run -p 时指定。

示例：

docker run -p 8080:80 myapp  # 将宿主机 8080 映射到容器 80

10. `VOLUME` —— 定义挂载点

VOLUME ["/data", "/config"]

作用：创建一个挂载点，用于持久化数据或与宿主机共享目录。
在容器运行时，Docker 会自动创建匿名卷或绑定挂载。
常用于数据库、配置文件等需要持久化的场景。

⚠️ 注意：VOLUME 指令在构建阶段不会复制数据到卷中。如果需要初始化数据，应在 RUN 中操作目标路径。

11. `USER` —— 切换用户

USER www-data
USER 1000:1000

作用：指定后续指令以哪个用户身份运行。
提高安全性，避免以 root 运行应用。
推荐在 CMD 或 ENTRYPOINT 前切换到非 root 用户。

✅ 最佳实践：

# 创建用户
RUN groupadd -r appuser && useradd -r -g appuser appuser
USER appuser

12. `ONBUILD` —— 触发器指令（已过时，不推荐）

ONBUILD COPY . /app/src
ONBUILD RUN npm install

作用：当当前镜像被其他镜像 FROM 时，自动执行这些指令。
已被现代实践取代（如使用多阶段构建或脚本化构建流程）。
不推荐使用。

13. `STOPSIGNAL` —— 设置停止信号

STOPSIGNAL SIGTERM

作用：指定 docker stop 时发送给容器主进程的信号。
默认是 SIGTERM，允许优雅关闭。
对 Java、Node.js 等应用很重要。

14. `HEALTHCHECK` —— 健康检查

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \CMD curl -f http://localhost/ || exit 1

作用：定义如何检查容器是否健康。
Docker 会定期执行该命令，失败则标记容器为 unhealthy。
对编排系统（如 Kubernetes、Swarm）非常重要。

15. `LABEL` —— 添加元数据

LABEL maintainer="dev@example.com"
LABEL version="1.0.0"
LABEL description="A web application"

作用：为镜像添加键值对形式的元信息。
可通过 docker inspect 查看。

二、指令关联与区别总结

指令对	区别
`COPY` vs `ADD`	`COPY` 安全简单；`ADD` 支持 URL 和自动解压，行为不透明
`CMD` vs `ENTRYPOINT`	`CMD` 可被覆盖；`ENTRYPOINT` 固定入口，参数可变
`ENV` vs `ARG`	`ENV` 运行时存在；`ARG` 仅构建时使用
`EXPOSE` vs `-p`	`EXPOSE` 是声明；`-p` 是实际映射
`VOLUME` vs `-v`	`VOLUME` 是声明；`-v` 是运行时挂载

三、完整构建示例：Node.js Web 应用（生产级）

# ================================
# 多阶段构建：第一阶段 - 构建
# ================================
FROM node:18-alpine AS builder
# 设置工作目录
WORKDIR /app
# 复制 package 文件并安装依赖（利用缓存）
COPY package*.json ./
RUN npm ci --only=production && npm cache clean --force
# 复制源码
COPY src ./src
# 构建应用（如果需要）
# RUN npm run build
# ================================
# 第二阶段 - 运行时
# ================================
FROM node:18-alpine
# 设置环境变量
ENV NODE_ENV=production \PORT=3000
# 创建非 root 用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \adduser -S nodejs -u 1001 && \mkdir -p /home/nodejs/app && \chown -R nodejs:nodejs /home/nodejs/app
# 切换到非 root 用户
USER nodejs
# 设置工作目录
WORKDIR /home/nodejs/app
# 从构建阶段复制依赖和源码
COPY --from=builder --chown=nodejs:nodejs /app/node_modules ./node_modules
COPY --from=builder --chown=nodejs:nodejs /app/src ./src
# 暴露端口
EXPOSE 3000
# 健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \CMD node -e 'require("http").get("http://localhost:3000")' || exit 1
# 入口点（可执行程序）
ENTRYPOINT ["node", "src/index.js"]
# 默认参数（可被覆盖）
CMD ["--port=3000"]

四、构建与运行

# 构建镜像
docker build -t my-node-app:1.0 .
# 运行容器
docker run -d \
-p 3000:3000 \
--name myapp \
my-node-app:1.0 \
--port=3000
# 查看日志
docker logs myapp
# 进入容器（调试）
docker exec -it myapp sh

五、总结

指令	用途	是否推荐
`FROM`	基础镜像	✅ 必须
`RUN`	构建命令	✅
`COPY`	复制文件	✅ 推荐
`ADD`	复制+解压+下载	⚠️ 慎用
`CMD`	默认命令	✅
`ENTRYPOINT`	入口程序	✅
`ENV`	环境变量	✅
`ARG`	构建参数	✅
`EXPOSE`	声明端口	✅
`VOLUME`	挂载点	✅
`USER`	切换用户	✅ 安全必备
`HEALTHCHECK`	健康检查	✅ 生产推荐
`LABEL`	元数据	✅

构建命令

# 构建镜像
docker build -t mywebapp:latest .
# 指定 Dockerfile 路径
docker build -f ./path/Dockerfile.prod -t myapp:prod .
# 使用构建参数
docker build --build-arg VERSION=1.2.3 -t myapp:v1.2.3 .

六、Docker 网络详解

Docker 提供了多种网络模式，用于管理容器间的通信。

1. 默认网络驱动

网络模式	说明
`bridge`	默认模式，容器通过虚拟网桥通信
`host`	容器共享宿主机网络命名空间
`none`	容器无网络
`overlay`	用于 Swarm 集群
`macvlan`	为容器分配 MAC 地址，使其像物理机一样出现在网络中

2. 网络命令

命令	说明
`docker network ls`	列出网络
`docker network create mynet`	创建网络
`docker network inspect mynet`	查看网络详情
`docker network connect mynet container1`	将容器连接到网络
`docker network disconnect mynet container1`	断开连接
`docker network rm mynet`	删除网络

3. 自定义 Bridge 网络示例

# 创建自定义网络
docker network create --driver bridge mynet
# 启动两个容器并连接到同一网络
docker run -d --name web --network mynet nginx
docker run -d --name db --network mynet mysql:5.7
# 容器间可通过名称通信（如 web 容器可访问 db）

4. 端口映射

# 将容器 80 端口映射到宿主机 8080
docker run -d -p 8080:80 nginx
# 指定 IP 和端口
docker run -d -p 127.0.0.1:8080:80 nginx
# 随机端口映射
docker run -d -P nginx

七、一些例子

当然可以！下面是 Java 应用使用 Docker 环境变量（-e）的完整实战例子，包括：

Java 代码如何读取环境变量
Maven 构建
Dockerfile 打包
docker run -e 传参
连接数据库的实际场景

目标

我们写一个简单的 Java 程序，它从环境变量中读取数据库配置，并打印出来：

DB Host: mysql-db
DB Port: 3306

然后打包成 Docker 镜像并运行。

一、Java 项目结构

java-env-demo/
├── src/
│   └── main/java/
│       └── com/example/App.java
├── pom.xml
└── Dockerfile

二、1. 编写 Java 代码：`src/main/java/com/example/App.java`

package com.example;
public class App {
public static void main(String[] args) {
// 读取环境变量
String dbHost = System.getenv("DB_HOST");          // 如：mysql-db
String dbPort = System.getenv("DB_PORT");          // 如：3306
String dbName = System.getenv("DB_NAME");          // 如：myapp
String dbUser = System.getenv("DB_USER");          // 如：root
String dbPassword = System.getenv("DB_PASSWORD");  // 如：123456
// 如果没设置，默认值
dbHost = dbHost != null ? dbHost : "localhost";
dbPort = dbPort != null ? dbPort : "3306";
dbName = dbName != null ? dbName : "test";
dbUser = dbUser != null ? dbUser : "root";
// 打印配置
System.out.println("==================================");
System.out.println("✅ Java 应用启动成功！");
System.out.println(" 数据库配置：");
System.out.println("   Host     : " + dbHost);
System.out.println("   Port     : " + dbPort);
System.out.println("   Database : " + dbName);
System.out.println("   User     : " + dbUser);
// 密码不打印（安全）
System.out.println("==================================");
// 模拟应用运行（防止容器退出）
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}

二、2. Maven 配置：`pom.xml`

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<groupId>com.example</groupId>
<artifactId>java-env-demo</artifactId>
<version>1.0</version>
<packaging>jar</packaging><properties><maven.compiler.source>11</maven.compiler.source><maven.compiler.target>11</maven.compiler.target><exec.mainClass>com.example.App</exec.mainClass></properties><build><finalName>app</finalName><plugins><plugin><groupId>org.apache.maven.plugins</groupId><artifactId>maven-jar-plugin</artifactId><version>3.3.0</version><configuration><archive><manifest><mainClass>com.example.App</mainClass></manifest></archive></configuration></plugin></plugins></build>
</project>

二、3. 构建 jar 包

mvn clean package

生成：target/app.jar

三、编写 Dockerfile

# 使用官方 OpenJDK 镜像
FROM openjdk:11-jre-slim
# 创建应用目录
WORKDIR /app
# 将打包好的 jar 文件复制到容器
COPY target/app.jar app.jar
# 声明运行时端口（可选）
EXPOSE 8080
# 启动命令
CMD ["java", "-jar", "app.jar"]

四、构建 Docker 镜像

docker build -t java-env-app:1.0 .

五、运行容器并传入环境变量

步骤 1：创建自定义网络（用于容器通信）

docker network create java-app-network

步骤 2：启动 MySQL 容器（模拟数据库）

docker run -d \
--name mysql-db \
--network java-app-network \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
-e MYSQL_DATABASE=myapp \
mysql:8.0

步骤 3：启动 Java 应用容器，通过 `-e` 传配置

docker run -d \
--name java-app \
--network java-app-network \
-e DB_HOST=mysql-db \
-e DB_PORT=3306 \
-e DB_NAME=myapp \
-e DB_USER=root \
-e DB_PASSWORD=123456 \
java-env-app:1.0

六、查看日志，验证环境变量生效

docker logs java-app

输出：

==================================
✅ Java 应用启动成功！数据库配置：Host     : mysql-dbPort     : 3306Database : myappUser     : root
==================================

✅ 成功！Java 程序正确读取了 -e 设置的环境变量。

七、进阶：在 Spring Boot 中使用

如果你用的是 Spring Boot，环境变量可以直接在 application.yml 中使用：

spring:
datasource:
url: jdbc:mysql://${DB_HOST:localhost}:${DB_PORT:3306}/${DB_NAME:demo}
username: ${DB_USER:root}
password: ${DB_PASSWORD}

或者用 @Value 注解：

@Value("${DB_HOST:localhost}")
private String dbHost;

运行时传参方式完全一样：

docker run -e DB_HOST=mysql-db -e DB_PORT=3306 spring-boot-app

八、最佳实践建议（Java 场景）

建议	说明
✅ 使用 `System.getenv("KEY")` 读取	简单直接
✅ 变量名全大写 + 下划线	`DB_HOST`, `REDIS_URL`
✅ 提供默认值	`System.getenv("DB_HOST", "localhost")`
✅ 敏感信息不要打印日志	避免 `System.out.println(password)`
✅ 生产用 Secrets	Docker Swarm Secrets / Kubernetes Secrets
✅ 使用 `.env` 文件管理	开发时更方便

九、总结

你已经学会了：

✅ Java 如何通过 System.getenv() 读取 -e 设置的环境变量
✅ 如何构建 Java 应用并打包成 Docker 镜像
✅ 如何用 -e DB_HOST=mysql-db 传数据库配置
✅ Java 容器如何通过自定义网络连接 MySQL 容器
✅ Spring Boot 中的高级用法

一句话记住：

“Java 应用通过 System.getenv() 拿到 -e 传来的‘口令’，就能知道数据库在哪、怎么连！”

这是现代 Java 微服务部署的标准做法，掌握它，你就能轻松部署 Spring Boot、Dubbo、Vert.x 等任何 Java 应用！

好的！这是一个非常全面且深入的问题，涉及 Docker 网络的核心原理。我们来一步步 从零开始，详细讲解：

创建自定义网络 → 容器 IP 分配 → 端口映射 → 多容器映射同一宿主端口 → 网络基础（IP/子网）

目标

我们通过一个完整例子，回答以下问题：

✅ 如何创建自定义网络？
✅ 容器的 IP 是怎么分配的？
✅ 端口映射 -p 是怎么工作的？
✅ 多个容器可以映射到宿主机的 8888 端口吗？会冲突吗？
✅ IP 地址分类和子网是什么？Docker 用的是哪一类？

一、创建自定义网络（Bridge 模式）

# 创建一个名为 myapp-net 的自定义桥接网络
docker network create myapp-net

查看网络详情

docker network inspect myapp-net

输出（简化）：

[
{
"Name": "myapp-net",
"Driver": "bridge",
"Subnet": "172.18.0.0/16",
"Gateway": "172.18.0.1"
}
]

✅ 关键信息：

子网（Subnet）: 172.18.0.0/16 → 可用 IP 范围：172.18.0.2 ~ 172.18.255.254
网关（Gateway）: 172.18.0.1 → 宿主机在该网络的“代表”
驱动（Driver）: bridge → Linux 虚拟网桥

二、启动容器并加入网络

# 启动第一个容器（web1）
docker run -d \
--name web1 \
--network myapp-net \
-p 8888:80 \
nginx
# 启动第二个容器（web2）
docker run -d \
--name web2 \
--network myapp-net \
-p 8889:80 \
nginx

三、容器的 IP 是怎么来的？（IP 分配原理）

1. 查看容器 IP

docker inspect web1 | grep IPv4Address
# 输出: "IPv4Address": "172.18.0.2/16"
docker inspect web2 | grep IPv4Address
# 输出: "IPv4Address": "172.18.0.3/16"

2. IP 分配过程

步骤	说明
① Docker Daemon	检查 `myapp-net` 的子网 `172.18.0.0/16`
② 选择可用 IP	找一个未被使用的 IP（如 `172.18.0.2`）
③ 创建 veth pair	一对虚拟网卡： - 一端在容器内（`eth0`） - 一端在宿主机（如 `vethxxxxx`）
④ 连接到网桥	将宿主机端的 `veth` 连接到虚拟网桥 `br-abc123`
⑤ 配置 IP	在容器内设置 `eth0` 的 IP 为 `172.18.0.2`
⑥ 启动容器	容器启动，网络就绪

容器 IP 来源：由 Docker 在自定义网络的子网范围内自动分配，通常是按顺序分配（0.2, 0.3, …）。

四、端口映射 `-p` 原理：容器 80 → 宿主 8888

命令：

-p 8888:80

意思是：

“把宿主机的 8888 端口映射到容器的 80 端口”

原理：基于 `iptables` 的 NAT（网络地址转换）

# 宿主机上实际添加的 iptables 规则
-A DOCKER -p tcp -d 0/0 --dport 8888 -j DNAT --to-destination 172.18.0.2:80

数据流向（用户访问 `http://localhost:8888`）：

用户请求↓
[宿主机:8888] ← iptables DNAT 转换↓
[容器 web1:172.18.0.2:80]↓
Nginx 返回响应↓
[容器 → 宿主机] ← iptables SNAT 转换（自动）↓
返回给用户

✅ 关键点：

容器内部监听的是 80 端口
外部通过宿主机 8888 端口访问
Docker 自动维护 iptables 规则实现转发

五、多个容器映射到宿主机 8888 端口？会冲突吗？

❌ 情况 1：两个容器都映射 `8888:80`

# 第一个可以
docker run -d -p 8888:80 --name web1 --network myapp-net nginx
# 第二个会失败！
docker run -d -p 8888:80 --name web2 --network myapp-net nginx

错误：

Error: port is already allocated

❌ 会冲突！同一个宿主端口只能被一个容器占用。

✅ 情况 2：不同宿主端口，相同容器端口（推荐）

# web1 映射 8888 → 80
docker run -d -p 8888:80 --name web1 nginx
# web2 映射 8889 → 80
docker run -d -p 8889:80 --name web2 nginx

✅ 成功！访问：

http://localhost:8888 → web1
http://localhost:8889 → web2

✅ 情况 3：同一个宿主端口，但不同 IP（多网卡场景）

如果宿主机有多个 IP（如 192.168.1.10, 192.168.1.11）：

# 绑定到不同 IP 的 8888 端口
docker run -d -p 192.168.1.10:8888:80 --name web1 nginx
docker run -d -p 192.168.1.11:8888:80 --name web2 nginx

✅ 成功！因为监听的是不同 IP 的同一端口。

✅ 情况 4：使用反向代理统一入口（生产推荐）

用 Nginx 或 Traefik 做反向代理，统一监听 8888，然后根据路径或域名转发：

# nginx.conf
server {listen 8888;location /app1/ {proxy_pass http://web1:80/;}location /app2/ {proxy_pass http://web2:80/;}
}

✅ 实现：单端口 → 多服务

六、IP 地址分类与子网基础（Docker 网络基础）

1. IPv4 地址分类（A/B/C 类）

类别	范围	子网掩码	用途
A 类	`1.0.0.0` ~ `126.255.255.255`	`255.0.0.0` (/8)	大型网络（政府、ISP）
B 类	`128.0.0.0` ~ `191.255.255.255`	`255.255.0.0` (/16)	中型网络（企业）
C 类	`192.0.0.0` ~ `223.255.255.255`	`255.255.255.0` (/24)	小型网络（家庭）
D 类	`224.0.0.0` ~ `239.255.255.255`	-	组播
E 类	`240.0.0.0` ~ `255.255.255.255`	-	保留

2. 私有 IP 地址（RFC 1918）

这些 IP 不会在互联网上路由，专用于内部网络（Docker 用的就是这些）：

范围	子网	用途
`10.0.0.0/8`	`10.0.0.0` ~ `10.255.255.255`	大型私有网络
`172.16.0.0/12`	`172.16.0.0` ~ `172.31.255.255`	中型私有网络 ✅ Docker 默认用这个
`192.168.0.0/16`	`192.168.0.0` ~ `192.168.255.255`	家庭/小型网络

Docker 默认桥接网络用 172.17.0.0/16
自定义网络从 172.18.0.0/16 开始递增（172.19, 172.20…）

3. 子网（Subnet）与 CIDR 表示法

172.18.0.0/16 表示：
- 网络地址：172.18.0.0
- 子网掩码：255.255.0.0
- 可用 IP 数：2^(32-16) - 2 = 65534 个
- 可用范围：172.18.0.1 ~ 172.18.255.254

/16 表示前 16 位是网络号，后 16 位是主机号。

4. 为什么 Docker 用 `172.x` 而不用 `192.168`？

192.168 常用于家庭路由器（如 192.168.1.1）
如果 Docker 也用 192.168，可能和宿主机网络冲突
172.16.0.0/12 范围大，足够 Docker 动态分配

七、总结：完整原理图

宿主机
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                                                             │
│   iptables 规则                                              │
│   -A DOCKER -p tcp --dport 8888 -j DNAT --to 172.18.0.2:80   │
│                                                             │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │  Linux Bridge: br-abc123 (172.18.0.1)               │   │
│   │                                                     │   │
│   │   ┌─────────────┐       ┌─────────────┐             │   │
│   │   │   veth-A    │       │   veth-B    │             │   │
│   │   └─────────────┘       └─────────────┘             │   │
│   │         │                     │                     │   │
│   └─────────┼─────────────────────┼─────────────────────┘   │
│             │                     │                         │
│         ┌───▼───┐             ┌───▼───┐                     │
│         │ web1  │             │ web2  │                     │
│         │172.18.0.2│           │172.18.0.3│                   │
│         └───────┘             └───────┘                     │
│                                                             │
│   宿主端口: 8888              8889                          │
│   映射到: web1:80           web2:80                         │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

八、关键结论

问题	回答
容器 IP 怎么来？	Docker 在自定义网络的子网内自动分配（如 `172.18.0.2`）
端口映射原理？	`iptables DNAT` 实现宿主端口 → 容器 IP:端口转发
多个容器映射 8888？	❌ 不行！宿主端口唯一，会冲突
如何解决？	用不同宿主端口，或反向代理统一入口
Docker 用什么 IP？	私有 IP `172.16.0.0/12` 范围，避免冲突
子网 `/16` 是什么？	表示前 16 位是网络号，可用 6.5 万个 IP