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Multi-Stage Build

什麼是多階段構建？​

多階段構建（Multi-Stage Build） 是 Dockerfile 提供的一種最佳化技術，可以減少映像檔大小，並確保最終的映像檔只包含必要的執行環境，而不會帶有開發工具或額外的檔案。

在多階段構建中，Dockerfile 會定義多個階段（Stages），前面的階段負責編譯與打包，最後的階段則負責執行應用程式。

multi-stage-build

為什麼需要多階段構建？​

在一般的 Dockerfile 中，我們可能會：

  1. 下載依賴（Install Dependencies）
  2. 編譯應用程式（Build Application）
  3. 執行應用程式（Run Application）

這樣做的問題是：

  • 最終的映像檔可能會包含開發工具（如編譯器、測試工具）
  • 映像檔會變得很大，占用大量空間
  • 安全性較低（因為開發工具不應該出現在生產環境）

沒有使用多階段構建的 Dockerfile​

FROM golang:1.21 AS base

WORKDIR /app
COPY . .

RUN go build -o myapp
CMD ["./myapp"]

這樣的問題是：映像檔內包含整個 Go 開發環境，即使執行時不需要 Golang，仍然佔用空間。

多階段構建範例​

我們可以使用多階段構建來解決這個問題，讓映像檔變得更小、更快、更安全。

使用 Multi-Stage Build​

# === 第一階段：編譯應用程式（Build Stage） ===
FROM golang:1.21 AS builder

# 設定工作目錄
WORKDIR /app

# 複製專案程式碼
COPY . .

# 初始化 Go 模組（如果沒有 go.mod）
RUN go mod init mygoapp && go mod tidy

# 編譯程式（靜態編譯，讓執行時不依賴 Go 環境）
RUN CGO_ENABLED=0 go build -o myapp && chmod +x myapp

# === 第二階段：最小化執行環境（Run Stage） ===
FROM alpine:latest

# 安裝必要的函式庫
RUN apk --no-cache add ca-certificates

# 設定工作目錄
WORKDIR /root/

# 複製第一階段的執行檔
COPY --from=builder /app/myapp .

# 開放 Port 8080
EXPOSE 8080

# 執行應用程式
CMD ["./myapp"]

多階段構建的運作方式​

第一階段（Builder Stage）​

  • 使用 golang:1.21 作為基礎映像檔
  • 設定 /app 為工作目錄，並將專案程式碼複製到容器內
  • 初始化 Go 模組（go mod init），並下載所需依賴（go mod tidy）
  • 編譯 Go 應用程式（使用 CGO_ENABLED=0 來確保靜態編譯）
  • 設定執行權限（chmod +x myapp）

第二階段（Run Stage）​

  • 使用 alpine:latest（更小的 Linux 映像檔）作為執行環境
  • 安裝 ca-certificates（若應用程式需要 HTTPS 請求）
  • 僅複製已編譯的 myapp 可執行檔（不包含 Go 編譯器、測試工具）
  • 開放 8080 端口，供外部存取應用程式
  • 設定 CMD ["./myapp"]，讓容器啟動時執行應用程式

優勢比較​

方法映像檔大小安全性執行效能
單階段構建大（包含完整開發環境）低（可能包含不必要的工具）慢（更多依賴）
多階段構建小（只保留執行檔）高（無多餘工具）快（精簡執行環境）

多階段構建適用的情境​

  • ✅ Golang、Rust、C++、Java 等需要編譯的語言
  • ✅ Node.js、Python 等有大量依賴的應用程式
  • ✅ 任何希望減少映像檔大小、提升安全性與效能的應用

總結​

  1. 多階段構建可讓最終映像檔變小，因為不會保留開發工具與不必要的檔案。
  2. 提高安全性，因為只包含最小的執行環境，不會帶入開發工具。
  3. 提升執行效能，減少啟動時間與依賴。
  4. 適用於所有需要編譯的應用（特別適用於 Go、C++、Rust、Java）。

使用 Multi-Stage Build，可以讓 Docker 映像檔更輕量、更快、更安全！ 🚀