云原生核心技術 (12/12): 終章：使用 GitLab CI 將應用自動部署到 K8s (保姆級教程)

大家好，歡迎來到《云原生核心技術》系列的最終章！

我們一起走過了漫長而充實的旅程。從 Docker 的集裝箱，到 K8s 這座自動化的數字港口；從部署單個 Pod，到構建復雜的有狀態應用。現在，我們站在了實現全自動化的最后一站。

在上一篇中，我們理解了 CI/CD 的核心理念——那條連接開發與運維、通往高效與可靠的自動化高速公路。今天，我們不再紙上談兵，而是要親手鋪設這條公路的每一塊磚石。

我們將使用一個強大且整合度極高的工具——GitLab CI/CD，為我們第十篇中的 Spring Boot + MySQL + Redis 應用項目，打造一條從代碼提交到自動部署至 Kubernetes 的完整流水線。

讀完并實踐本篇文章，你將獲得一項在現代軟件工程中極具價值的技能：將 DevOps 思想落地，實現應用的自動化、可靠化交付。

準備好，讓我們開始最后的施工，為這個系列畫上一個完美的句號！

第一步：環境準備與規劃

在開始之前，請確保你已經擁有：

一個 GitLab 賬號和項目：你可以使用 GitLab.com 的免費版，或者自建的 GitLab 實例。將我們第十篇的 Spring Boot 項目代碼推送到這個 GitLab 倉庫中。
一個運行中的 K8s 集群：繼續使用我們的 Minikube 集群。minikube start
一個 Docker 鏡像倉庫：比如 Docker Hub。你需要一個可以推送鏡像的賬號。
kubectl 和 helm 命令行工具：Helm 是 K8s 的包管理器，我們將用它來方便地安裝 GitLab Runner。

我們的流水線規劃如下：

test 階段：運行 Maven 測試，確保代碼質量。
build 階段：使用 Docker 構建 Spring Boot 應用的鏡像。
push 階段：將構建好的鏡像推送到 Docker Hub。
deploy 階段：使用 kubectl 命令更新 K8s 中對應 Deployment 的鏡像版本，觸發滾動更新。

第二步：在 K8s 中安裝 GitLab Runner

GitLab Runner 是執行 .gitlab-ci.yml 文件中定義任務的代理程序。最云原生的方式，就是把它直接安裝在我們的 K8s 集群里。

獲取 Runner 注冊信息：
- 打開你的 GitLab 項目，在左側導航欄找到 Settings -> CI/CD。
- 展開 Runners 部分。你會看到一個 URL (https://gitlab.com/) 和一個注冊令牌 (registration token)，類似 GR13489...。把這兩項復制下來，后面會用到。

使用 Helm 安裝 GitLab Runner：

添加 GitLab Helm 倉庫：

helm repo add gitlab https://charts.gitlab.io
helm repo update

創建一個 values.yaml 配置文件，用于定制我們的 Runner。

# values.yaml
gitlabUrl: "https://gitlab.com/"  # 填入你復制的 GitLab URL
runnerRegistrationToken: "GR13489..." # 填入你復制的注冊令牌# Runner 的配置
runners:# Runner 的標簽，后面在 .gitlab-ci.yml 中會用它來選擇 Runnertags: "kubernetes,minikube"

執行 Helm 安裝命令：

helm install --namespace gitlab-runner --create-namespace gitlab-runner \
-f values.yaml \
gitlab/gitlab-runner

驗證安裝：稍等片刻，然后檢查 Pod 是否在 gitlab-runner 命名空間中成功運行。

kubectl get pods -n gitlab-runner
# 你應該能看到一個名為 gitlab-runner-gitlab-runner-xxxx 的 Pod 正在運行

回到 GitLab 項目的 Runner 設置頁面，你應該能看到一個新的 Runner 已經注冊成功并顯示為綠色可用狀態。

第三步：配置 GitLab CI/CD 變量

為了安全，我們不能把敏感信息（如 Docker Hub 密碼、K8s 憑證）直接寫在 .gitlab-ci.yml 文件里。我們需要將它們存儲在 GitLab 的 CI/CD 變量中。

進入 Settings -> CI/CD，展開 Variables 部分。添加以下變量：

Docker Hub 憑證：
- DOCKER_USER: 你的 Docker Hub 用戶名。
- DOCKER_PASS: 你的 Docker Hub 密碼或訪問令牌 (Access Token)。(建議設置為 Masked 類型)
K8s 集群憑證 (kubeconfig)：
- 我們需要讓 GitLab Runner 能夠訪問我們的 Minikube 集群。
- 在你的本地電腦上，找到 ~/.kube/config 文件，并將其內容完整復制下來。
- 在 GitLab 變量設置中，創建一個新變量：
  - Key: KUBE_CONFIG
  - Type: File (這很重要，它會將變量內容作為文件提供給 Runner)
  - Value: 粘貼你剛才復制的 kubeconfig 全部內容。

第四步：編寫 `.gitlab-ci.yml`，定義流水線

這是最核心的一步。在你的 Spring Boot 項目根目錄下，創建 .gitlab-ci.yml 文件，內容如下：

# .gitlab-ci.yml# 定義流水線的各個階段，任務會按此順序執行
stages:- test- build- push- deploy# 定義一些全局變量
variables:# Maven 鏡像，用于測試階段MAVEN_IMAGE: maven:3.8-openjdk-17# Docker 鏡像名稱。$CI_PROJECT_NAME 是 GitLab 預定義變量，代表項目名IMAGE_NAME: $CI_REGISTRY_USER/$CI_PROJECT_NAME# 鏡像標簽。$CI_COMMIT_SHORT_SHA 是提交的短哈希值，確保每次構建的標簽唯一IMAGE_TAG: $CI_COMMIT_SHORT_SHA# --- 階段一：測試 ---
maven_test:stage: testimage: $MAVEN_IMAGEscript:- echo "Running Maven tests..."- ./mvnw testtags:- kubernetes # 指定使用我們安裝在 K8s 里的 Runner# --- 階段二：構建 Docker 鏡像 ---
docker_build:stage: build# 使用 Docker-in-Docker (dind) 鏡像，以便在容器內執行 Docker 命令image: docker:20.10.16services:- docker:20.10.16-dindscript:- echo "Building Docker image..."- docker build -t $IMAGE_NAME:$IMAGE_TAG .# 保存鏡像為 tar 文件，以便在后續階段使用- docker save $IMAGE_NAME:$IMAGE_TAG > image.tar# artifacts 用于在不同階段之間傳遞文件artifacts:paths:- image.tartags:- kubernetes# --- 階段三：推送 Docker 鏡像 ---
docker_push:stage: pushimage: docker:20.10.16services:- docker:20.10.16-dind# 需要上一個階段構建的鏡像文件needs:- docker_buildscript:- echo "Pushing Docker image..."# 加載鏡像文件- docker load < image.tar# 登錄 Docker Hub，使用我們之前定義的 CI/CD 變量- echo $DOCKER_PASS | docker login -u $DOCKER_USER --password-stdin- docker push $IMAGE_NAME:$IMAGE_TAGtags:- kubernetes# --- 階段四：部署到 Kubernetes ---
deploy_to_k8s:stage: deploy# 使用一個包含 kubectl 的鏡像image:name: bitnami/kubectl:latestentrypoint: [""]needs:- docker_pushscript:- echo "Deploying to Kubernetes..."# 配置 kubectl，讓它使用我們通過變量傳入的 KUBE_CONFIG- export KUBECONFIG=$KUBE_CONFIG# 使用 kubectl set image 命令來更新 Deployment 的鏡像，觸發滾動更新# 將 'springboot-app-deployment' 替換為你在 K8s 中實際的 Deployment 名稱- kubectl set image deployment/springboot-app-deployment springboot-app=$IMAGE_NAME:$IMAGE_TAG- echo "Deployment updated successfully!"tags:- kubernetes

請注意：

將 springboot-app-deployment 和容器名 springboot-app 替換成你在第十篇中使用的實際名稱。
$CI_REGISTRY_USER 默認是你的 GitLab 用戶名，你也可以硬編碼為你的 Docker Hub 用戶名。

第五步：觸發流水線，見證自動化魔法！

現在，一切準備就緒。

提交并推送代碼：將包含 .gitlab-ci.yml 的項目推送到你的 GitLab 倉庫。

git add .
git commit -m "feat: Add GitLab CI/CD pipeline for automated deployment"
git push

觀察流水線：
- 立刻打開你的 GitLab 項目頁面，進入 CI/CD -> Pipelines。
- 你會看到一個新的流水線被觸發了，狀態為 running。
- 點擊這個流水線，你可以看到我們定義的四個階段 test, build, push, deploy 正在依次執行。你可以點擊每一個 job 查看詳細的實時日志輸出。
驗證部署：
- 當 deploy 階段成功完成后，打開你的終端。
- 檢查你的 Deployment，你會看到它的鏡像已經被更新為最新的版本（帶有新的 commit 哈希標簽）。
```
kubectl describe deployment springboot-app-deployment
```
- 檢查 Pod，你會看到 K8s 已經完成了滾動更新，新的 Pod 正在運行。
```
kubectl get pods
```