Telepresence：让微服务本地开发不再难
导读
云原生的概念越来越深入人心，作为典型技术之一的微服务架构，过去我们还说它是一把双刃剑，带来一定好处的同时，对服务团队的技术要求也提高了很多。但是，随着开源技术的不断发展，越来越多优秀的技术和工具涌现出来，让云原生落地不再困难。为此，博云研究院后续将不定期的总结整理云原生相关的开发、测试、运维等方面的最佳实践，借助博云和开源社区共同的力量，帮助客户更加标准化、简单化开启云原生之路。
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背景
基于Spring Boot框架开发微服务，并部署在Kubernetes集群中，是现在很多企业的实施微服务的技术选型。微服务架构下，开发人员主要关注于所在服务团队维护的微服务，通常情况下这些微服务依赖于其它团队开发的微服务，同时也被另外一组微服务所依赖。
在微服务开发过程中，一种传统的做法是通过单元测试对代码进行验证，尽可能早的发现问题，待相关服务开发基本完成以后，统一部署到Kubernetes集群中进行联调。这种方式下，一方面是开发人员花大量的时间设计测试用例，编写测试代码，还要为每个依赖的服务打桩；另一方面，由于集成的时间点比较晚，大量接口不一致导致的问题可能会在集成测试的过程中集中爆发，造成人力物力的浪费。
如果将服务尽早的部署到Kubernetes测试环境中进行联调测试，可以提前发现问题。由于部署的过程在开发过程中需要反复执行，所以很多企业搭建了CICD工具，比较常见的流程是：提交代码 -> Jenkins 拉取源码 -> Maven编译 -> Docker镜像构建 -> 部署 -> 测试。虽然该过程可以自动完成，但是每次调试均需要经历该步骤，耗时比较长，效率很低。同时，Kubernetes集群内部的微服务的特点是，各微服务之间在集群内可以互相访问，集群外部没有很好的方法来获取集群内部的功能，比如读写数据库中的数据等，所以观察服务的运行结果也是比较困难的事情，无法提供像单体应用一样本地单步调试的体验。
Telepresence是一款为Kubernetes微服务框架提供快速本地化开发功能的开源软件。Telepresence在Kubernetes集群中运行的Pod中部署双向网络代理，该Pod将Kubernetes环境（如TCP连接，环境变量，卷）中的数据代理到本地进程。本地进程透明地覆盖其网络，以便DNS调用和TCP连接通过代理路由到远程Kubernetes集群，能够获取远端K8S集群的各项资源。该工具可以实现：
- 本地服务可以完全访问远程群集中的其他服务；
- 本地服务可以完全访问Kubernetes的环境变量，Secrets和ConfigMap；
- K8S中运行的远程服务也可以完全访问本地服务。
实践
1.安装kubectl命令行工具，并配置本地可以访问Kubernetes集群。
- 安装Telepresence工具
在OS X中可使用如下命令安装Telepresence工具。
# brew cask install osxfuse
# brew install datawire/blackbird/telepresence- 部署Demo微服务
在集成测试环境的Kubernetes集群中部署微服务。
# kubectl get all
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
demo-backend-7bb6cf9994-9qnxp 1/1 Running 0 118s
demo-frontend-84b7f5c75f-8r69n 1/1 Running 0 40h
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/demo-backend ClusterIP 10.233.55.68 8080/TCP 40h
service/demo-frontend NodePort 10.233.17.241 8081:30001/TCP 40h
NAME DESIRED CURRENT UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.apps/demo-backend 1 1 1 1 40h
deployment.apps/demo-frontend 1 1 1 1 40h
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.apps/demo-backend-7bb6cf9994 1 1 1 40h
replicaset.apps/demo-frontend-84b7f5c75f 1 1 1 40h 通过Kubernetes暴露的NodePort访问应用访问该应用，验证服务没有问题。
# curl http://10.20.1.71:30001/
Message from backend is: Hello from demo-backend-7bb6cf9994-9qnxp - 通过Telepresence工具启动本地服务
# cd spring-cloud-kubernetes/demo-backend/
# telepresence \
--mount /tmp/known \
--swap-deployment demo-backend \
--docker-run \
--rm \
-v $(pwd):/build \
-v $HOME/.m2/repository:/m2 \
-v=/tmp/known/var/run/secrets:/var/run/secrets \
-p 8080:8080 \
-p 5005:5005 \
maven:3.6-jdk-8-alpine \
mvn \
Dspring-boot.run.jvmArguments="-Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=5005" \
-Dmaven.repo.local=/m2 \
-f /build \
spring-boot:run参数详细解析如下。
telepresence：启动telepresence的命令；
--mount /tmp/known：告诉Telepresence将TELEPRESENCE_ROOT挂载到本地的/tmp/known目录；
--swap-deployment foo：假设我们已在集群中运行名为foo的Deployment，下一步将使用本地运行的进程进行替换；
--docker-run：告诉Telepresence接下来以Docker容器方式运行；
--rm：告诉Docker终止时丢弃之前创建的容器，不会对本地造成混乱；
-v$(pwd):/build：将当前目录（pwd命令的结果）挂载到Docker容器内的文件夹/build中，这也是本地源代码的位置；
-v $HOME/.m2/repository:/m2：安装Maven缓存文件夹，这样我们就不必每次运行容器时都下载Maven组件；
-v=/tmp/known/var/run/secrets:/var/run/secrets：将上述的本地/tmp/known目录下的secrets目录挂载到本地容器的/var/run/secrets路径下，类似Fabric8 Kubernetes Client的工具可以通过该目录读取Secretes信息，就像容器是运行在Kubernetes内部一样；
-p 8080:8080 -p 5005:5005：将本地容器的服务端口暴露出来，可以在需要直接向服务发出请求时访问该端口；
maven:3.6-jdk-8-alpine：这是我们将用于构建和运行我们的服务的镜像，它包含了Maven和Java 8等工具；
mvn ... spring-boot:run：要在Docker容器中运行的命令。这里它使用Spring Boot Maven插件，但您可以使用构建工具所需的任何命令。它告诉maven指向已安装的存储库缓存以及源代码所在的位置
-Dspring-boot.run.jvmArguments="-Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=5005"：表示为服务打开5005远程调试端口。在Telepresence的文档中是通过MAVEN_OPTS参数传递Debug配置，该配置实际上是对Maven进程开启Debug模式，并不是demo-backend应用，无法提供远程单步调试的能力。
-Dmaven.repo.local=/m2：表示本地Maven仓库的位置；
-f /build：Maven构建时的主目录，也即源代码的根目录；
spring-boot:run：spring-boot-maven-plugin插件发布的Goal，用于启动Spring Boot应用。
查看Kubernetes集群中的Pod信息。可以看到，之前的Pod demo-backend-7bb6cf9994-9qnxp已经被新的容器替换，使用的是Telepresence提供的镜像。
# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
demo-backend-c9df931b5c83411aad5a329ec9ecbcbb-5b4fdd7b-wzz9r 1/1 Running 0 11s
demo-frontend-84b7f5c75f-8r69n 1/1 Running 0 40h查看本地Docker运行情况。
# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
c7c10281a32c maven:3.6-jdk-8-alpine "/usr/local/bin/mvn-…" 35 seconds ago Up 33 seconds telepresence-1555471863-056155-58429
fd94d372f832 datawire/telepresence-local:0.98 "/sbin/tini -v -- py…" 44 seconds ago Up 43 seconds 0.0.0.0:5005->5005/tcp, 0.0.0.0:8080->8080/tcp, 127.0.0.1:64163->38022/tcp telepresence-1555471853-8663979-58429确认本地开放了8080和5005端口。
# netstat -na | grep -E "5005|8080"
tcp6 0 0 ::1.5005 *.* LISTEN
tcp4 0 0 *.5005 *.* LISTEN
tcp6 0 0 ::1.8080 *.* LISTEN
tcp4 0 0 *.8080 *.* LISTEN直接通过8080端口访问本地的demo-backend服务。
# curl localhost:8080
Hello from demo-backend-c9df931b5c83411aad5a329ec9ecbcbb-5b4fdd7b-wzz9r通过Kubernetes暴露的NodePort访问应用，可以看到此时到demo-backend的请求已经被转发到本地运行的docker中。
# curl http://10.20.1.71:30001
Message from backend is: Hello from demo-backend-80d454f85d8b43118f5740d9f25260ba-854fcd9fbd-lzkb7- 通过IDE进行代码开发和单步调试
- 启动IDEA，在上述源代码路径上打开工程。
- 配置远程调试，连接本地5005端口。
设置断点，并访问应用，在IDEA中可以进行单步调试。
- 修改代码并保存，然后点击Build -> Build Project。
在demo-backend项目的pom文件中，配置了devtools的依赖。
org.springframework.boot
spring-boot-devtools
true
而当IntelliJ IDEA重新构建时，会更新该目录下的文件demo-backend/target/classes。通过mvn spring-boot:run方式启动应用时，Devtools监听的classpath，也即上述目录，当目录内的文件发生变化后，会启动restart，执行新的代码。
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:: Spring Boot :: (v2.1.3.RELEASE)
11:17:44.328 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - Starting KubernetesBackendApplication on Waret with PID 58351 (/Users/Waret87/WorkSpace/telepresence/spring-cloud-kubernetes/demo-backend/target/classes started by Waret87 in /Users/Waret87/WorkSpace/telepresence/spring-cloud-kubernetes/demo-backend)
11:17:44.331 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - No active profile set, falling back to default profiles: default
...
11:17:45.931 [restartedMain] INFO o.s.b.w.e.tomcat.TomcatWebServer - Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
11:17:45.934 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - Started KubernetesBackendApplication in 1.873 seconds (JVM running for 2.282)
11:20:35.483 [Thread-6] INFO o.s.s.c.ThreadPoolTaskExecutor - Shutting down ExecutorService 'applicationTaskExecutor'
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:: Spring Boot :: (v2.1.3.RELEASE)
11:20:36.838 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - Starting KubernetesBackendApplication on Waret with PID 58351 (/Users/Waret87/WorkSpace/telepresence/spring-cloud-kubernetes/demo-backend/target/classes started by Waret87 in /Users/Waret87/WorkSpace/telepresence/spring-cloud-kubernetes/demo-backend)
11:20:36.838 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - No active profile set, falling back to default profiles: default
...
11:20:37.272 [restartedMain] INFO o.s.b.w.e.tomcat.TomcatWebServer - Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
11:20:37.272 [restartedMain] INFO c.b.s.c.k.b.KubernetesBackendApplication - Started KubernetesBackendApplication in 0.467 seconds (JVM running for 173.62)再次访问服务，可以看到新的代码已经生效。
# curl http://10.20.1.71:30001
Message from backend is: Hello World from demo-backend-c9df931b5c83411aad5a329ec9ecbcbb-5b4fdd7b-wzz9r总结
通过上面的实践我们可以看到，Telepresence项目很好的解决了开发测试和部署上线之间的衔接问题，是对Kubernetes生态环境很好的补充。该项目已捐献给CNCF基金会，社区的文档也是比较完善的，更详细的原理和用法可参考文档。
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本文名称：Telepresence：让微服务本地开发不再难
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