什么是 CI/CD?持续集成与持续交付的完整指南

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By LightNode ·

引言

在当今快速发展的软件开发环境中,速度和质量比以往任何时候都更为重要。随着企业和开发者努力满足用户需求并更频繁地发布更新,需求高效且可靠的开发实践变得至关重要。其中一种获得广泛采用的实践是 CI/CD — 持续集成和持续交付。

CI/CD 是一套现代软件开发实践,旨在自动化和简化代码集成和交付的过程。这些实践使开发团队能够更快地交付功能和修复,增强信心,并减少人工干预。通过自动化重复性任务和实施持续测试与集成,CI/CD 有助于减少错误、改善协作,并最终加速发布周期。

在本文中,我们将深入探讨 CI/CD 的含义、工作原理以及它为软件开发团队和组织带来的好处。

什么是持续集成(CI)?

定义

持续集成(CI) 是一种软件开发实践,开发者频繁地将代码更改集成到共享代码库中,通常每天多次。其核心思想是自动化将各个开发者的更改合并到中央代码库的过程,确保新代码不会破坏现有功能。

在 CI 中,每当开发者提交代码时,系统会通过一系列预定义的测试自动测试这些更改,以确保它们是功能正常的且不会引入错误。这有助于尽早发现集成问题,使开发过程更加高效。

CI 的好处

实施持续集成为开发团队提供了几个显著的好处:

  • 更快的错误检测和解决:通过在每次代码提交后运行自动化测试,可以更早地识别和修复错误。这减少了修复错误所花费的时间,使开发者能够专注于新功能的开发。

  • 改善协作:CI 鼓励团队成员之间的频繁协作。由于代码定期集成,开发者可以快速识别冲突并在问题扩大之前解决它们。

  • 增强代码质量:通过自动化测试和频繁集成更改,CI 促进了更清晰的代码。自动化测试确保新代码不会引入回归或破坏现有功能,从而维护项目的整体稳定性。

  • 减少集成问题:将多个开发者的代码合并到共享代码库中可能会导致冲突和集成问题。通过频繁集成,CI 最小化了由于长时间未集成而产生的复杂合并问题的风险。

CI 工具

有多种 CI 工具可用于自动化集成过程。一些最受欢迎的 CI 工具包括:

  • Jenkins:最广泛使用的开源自动化服务器之一。它支持构建、部署和自动化开发管道。
  • GitLab CI:一个完全集成的 CI/CD 工具,与 GitLab 仓库无缝协作,提供自动化测试、构建和部署等功能。
  • CircleCI:一个基于云的 CI 工具,与 GitHub 和 Bitbucket 集成,支持快速和可扩展的 CI/CD 工作流。
  • Travis CI:一个基于云的 CI 工具,广泛用于开源项目,提供从 GitHub 直接进行测试和部署的自动化。

什么是持续交付(CD)?

定义

持续交付(CD) 是一种建立在持续集成基础上的软件开发实践。虽然 CI 专注于持续集成和测试代码,但 CD 确保代码始终处于可部署状态。通过 CD,所有通过自动化测试的更改都会自动准备好发布到生产环境。

持续部署持续交付 之间的关键区别在于最后一步:持续交付确保代码准备好部署,但仍然需要手动批准才能上线,而持续部署则自动化整个过程,包括部署到生产环境。

持续交付简化了部署管道,使其更快、更可靠。通过自动化将代码部署到暂存或生产环境的过程,CD 减少了人工步骤,最小化了人为错误,并允许更频繁的发布。

CD 的好处

实施持续交付为希望改善发布周期并加快上市时间的组织提供了一系列好处:

  • 更快的上市时间:通过自动化部署流程,新功能、更新和修复可以更快地发布,使企业能够领先于竞争对手,快速响应用户需求。

  • 减少人工干预:CD 最小化了部署过程中的人工步骤,降低了人为错误的风险,并确保代码在不同环境中的部署一致性。

  • 更高的发布频率:通过持续交付更新到暂存或生产环境,团队可以以较小、可管理的增量发布新功能或修复。这减少了大型、破坏性更新的风险,并使跟踪和快速解决问题变得更容易。

  • 更高的可靠性:通过对每个更改进行测试并自动推送到部署管道,团队可以确保只有经过良好测试、可靠的代码被发布到生产环境。这提高了产品的整体质量,减少了发布后问题的可能性。

  • 改善协作:CD 促进了开发、QA 和运维团队之间的紧密协作。由于部署过程是自动化的,所有团队可以专注于各自的任务,而无需担心部署中的人工干预。

CD 工具

有几种工具可用于实施持续交付,其中许多工具与 CI 工具集成,形成完整的 CI/CD 管道。一些最受欢迎的 CD 工具包括:

  • AWS CodePipeline:一个完全托管的 CI/CD 服务,自动化构建、测试和部署阶段,与其他 AWS 服务深度集成。
  • Jenkins(带插件):Jenkins 可以通过插件扩展以支持 CD 工作流,使团队能够自动化测试和部署阶段。
  • GitLab CI/CD:GitLab 提供一个集成的 CI/CD 解决方案,支持从代码提交到部署的持续交付工作流。
  • Spinnaker:一个强大的开源 CD 工具,旨在持续交付云原生应用程序,支持多云部署。
  • Octopus Deploy:一个流行的工具,用于自动化将应用程序部署到各种环境,专注于简单性和可靠性。

CI/CD 管道

典型管道概述

CI/CD 管道 是一组自动化流程,使软件的持续集成和交付成为可能。它通常由多个阶段组成,将代码从开发一直传递到生产,自动化构建、测试和部署等任务。

典型的 CI/CD 管道可以包括以下阶段:

  1. 代码提交:开发者将代码更改提交到版本控制系统(例如 Git)。这是管道的起点。
  2. 构建:提交的代码会自动构建成可执行的工件(例如二进制文件、Docker 镜像或应用程序包)。
  3. 自动化测试:运行自动化测试(单元测试、集成测试和其他类型的测试),以确保代码的质量并检查错误或回归。
  4. 暂存部署:如果代码通过测试,则将其部署到一个与生产环境非常相似的暂存环境。这使团队能够在接近生产的环境中验证更改,然后再上线。
  5. 批准/生产部署:一旦代码在暂存环境中得到验证,可能需要手动批准(在持续交付的情况下)或自动部署到生产环境(在持续部署的情况下)。

每个阶段都有助于确保只有高质量、经过测试的代码进入生产,同时自动化软件交付过程中的重复性任务。

自动化的作用

自动化是 CI/CD 管道的核心。通过自动化构建、测试和部署过程,团队可以:

  • 减少人为错误:手动过程容易出错,尤其是在重复多次相同任务时。自动化消除了在代码集成和部署过程中出错的风险。
  • 提高效率:通过自动化,原本需要人工干预的任务(如运行测试、构建代码或部署软件)可以在几分钟内完成,加快整体开发和发布过程。
  • 一致性:自动化确保每次都遵循相同的步骤,从而导致更可预测和可靠的构建、测试和部署。这种一致性对于维护稳定的生产环境至关重要。
  • 更快的反馈循环:自动化允许对代码更改进行更快的反馈。开发者可以迅速知道他们的代码是否通过测试,以及是否准备好进入管道的下一阶段,从而减少编写代码和获得反馈之间的时间。

CI/CD 管道示例

为了帮助可视化典型 CI/CD 管道的工作原理,以下是一个简单的过程示例:

  1. 开发者代码提交:开发者将新代码提交到 Git 仓库。
  2. 构建阶段:代码由 CI 工具自动构建成应用程序工件(例如 Docker 容器或可执行文件)。
  3. 单元测试:执行自动化单元测试以检查代码的各个部分。
  4. 集成测试:运行测试以确保新代码与其余代码库的顺利集成。
  5. 暂存部署:构建的工件被部署到暂存环境,在那里进行进一步的测试(例如用户验收测试)。
  6. 手动批准(可选):在某些工作流中,可能需要手动批准步骤,以确保代码准备好生产。
  7. 生产部署:在批准后(或在持续部署的情况下自动),代码被部署到生产环境,最终用户可以访问新功能或修复。

CI/CD 管道示例
简单 CI/CD 管道的示例(图片占位符)

CI/CD 管道的好处

一个良好实施的 CI/CD 管道提供了几个好处:

  • 更快的发布:自动化整个构建和部署过程加快了将新功能和错误修复推向生产的时间。
  • 更高的质量:自动化测试确保只有稳定、无错误的代码被部署,从而减少生产环境中的错误或问题的风险。
  • 减少停机时间:通过自动化部署和测试阶段,团队可以及早识别问题,避免在部署期间出现意外停机。
  • 更容易的回滚:如果生产中出现问题,良好的 CI/CD 管道通常包括快速回滚到稳定版本的机制,最大限度地减少对用户的影响。

实施 CI/CD 的最佳实践

虽然 CI/CD 可以大大增强开发和部署过程,但成功实施需要遵循最佳实践,以确保管道高效、可靠和可持续。以下是设置和维护 CI/CD 管道时需要考虑的一些关键实践。

1. 从小处开始,逐步扩展

在首次实施 CI/CD 时,试图一次性自动化整个过程是很诱人的。然而,重要的是要 从小处开始。首先自动化最关键的步骤,例如构建和运行单元测试。一旦这些步骤运行良好,再逐步添加其他步骤,如集成测试、暂存部署,最终实现完整的生产部署。

通过从小处开始并逐步扩展,可以避免让团队感到不堪重负,并确保管道的每个部分都经过良好测试后再向前推进。这种增量方法有助于防止复杂性,并允许更快的反馈。

2. 维护强大的测试套件

自动化测试是任何 CI/CD 管道的支柱。没有全面的 单元测试、集成测试和端到端测试,很难确保代码在管道中移动时的质量。

  • 单元测试:这些测试单独测试函数或方法,以确保它们按预期工作。
  • 集成测试:这些测试确保应用程序的不同组件能够协同工作。
  • 端到端测试:这些测试模拟真实用户行为,检查整个应用程序是否按预期运行。

强大的测试套件有助于尽早识别问题,并确保更改不会引入回归。随着项目的增长,不断改进和扩展测试覆盖率至关重要。

3. 自动化一切

CI/CD 的主要目标之一是 自动化重复性任务。这不仅包括构建和测试过程,还包括部署、配置管理、监控,甚至回滚程序。

通过自动化一切,您减少了对人工干预的依赖,使过程更高效且不易出错。例如,不必手动将代码部署到暂存或生产环境,而是使用自动化工具在管道通过所有必要测试时推送代码。

自动化回滚也至关重要。如果在部署后出现问题,自动化回滚过程确保系统能够快速恢复到稳定状态,而无需人工干预。

4. 保持管道快速高效

虽然在 CI/CD 管道中包含各种阶段很重要,但保持管道快速高效也至关重要。长时间运行的管道可能会减慢开发过程,并使开发者不愿意频繁运行测试。

为了提高管道速度,可以考虑以下策略:

  • 并行化:并行运行测试以加快执行时间,特别是对于大型测试套件。
  • 选择性构建和测试:仅对已更改的代码区域运行测试和构建,而不是运行整个测试套件。
  • 增量构建:使用增量构建,避免每次更改都重建整个代码库,从而节省时间和资源。

通过优化管道的性能,您可以确保开发者快速获得对其更改的反馈,这对于保持生产力至关重要。

5. 持续监控和改进

CI/CD 不是“设置后就忘”的过程。监控管道以确保其正常运行并不断寻找改进的领域非常重要。实施指标和监控工具可以帮助跟踪管道的性能并识别瓶颈。

一些关键指标包括:

  • 构建时间:跟踪构建和测试代码所需的时间。较长的构建时间可能表明需要解决的低效问题。
  • 测试覆盖率:监控自动化测试覆盖了多少代码,以确保质量。
  • 部署成功率:跟踪部署成功或失败的频率,并在发生故障时采取纠正措施。

此外,向使用管道的开发者征求反馈,并迭代管道的设计,以使其更加高效和可靠。成功的 CI/CD 过程需要不断改进,以跟上技术和工作流程的变化。

6. 保持环境一致

为了避免与不同环境(例如,暂存和生产环境行为不一致)相关的问题,确保在整个管道中 保持环境一致 是至关重要的。

  • 基础设施即代码(IaC):使用 Terraform、Ansible 或 AWS CloudFormation 等工具,可以以可重复和一致的方式定义和配置环境。通过将基础设施视为代码,您可以确保每个环境(开发、测试、暂存和生产)以相同的方式设置。
  • 容器和虚拟化:使用 Docker 等技术确保代码在管道的每个阶段都在相同的环境中运行,从开发到生产。容器消除了“在我的机器上可以运行”的问题,通过将应用程序及其依赖项打包在一起。

环境之间的一致性确保代码在管道的每个阶段表现相同,最小化在生产中出现意外错误的可能性。

7. 早期实施安全(向左移动)

安全性应尽早集成到 CI/CD 管道的开发过程中。这种方法称为 向左移动,涉及将安全检查和实践纳入管道,以便尽早发现潜在的安全问题。

实施 CI/CD 中的安全性的一些方法包括:

  • 静态代码分析:使用工具在提交之前扫描代码以查找安全漏洞。
  • 依赖项扫描:确保第三方库和依赖项没有已知的漏洞。
  • 安全测试:作为自动化测试套件的一部分运行安全测试,以检查 SQL 注入、跨站脚本(XSS)或其他漏洞。

CI/CD 实施中的挑战

虽然 CI/CD 提供了显著的好处,但其实施并非没有挑战。组织和开发团队在采用这些实践时通常会遇到各种障碍。以下是一些常见挑战及其解决方法。

1. 文化抵制

在组织中采用 CI/CD 实践时,文化抵制 是最大的挑战之一。开发者、运维团队和其他利益相关者可能习惯于传统的工作方式,手动过程占主导地位。引入自动化和改变工作流程可能会遭到抵制。

  • 解决方案:要克服这一挑战,重要的是要培养协作和持续改进的文化。应教育团队了解 CI/CD 的好处,并鼓励他们接受自动化和迭代实践。提供培训并支持团队成员顺利过渡也有助于缓解转变。

  • 解决方案:确保在过程中尽早让关键利益相关者参与,并确保他们理解 CI/CD 如何改善他们的日常任务。领导层对 CI/CD 计划的支持对于推动文化变革也至关重要。

2. 管理复杂的依赖关系

在现代软件开发中,应用程序通常有许多 依赖关系,例如第三方库、API 和微服务。管理这些依赖关系可能变得复杂,尤其是当不同环境(开发、暂存、生产)需要不同的配置或版本时。

  • 解决方案:解决此挑战的一种方法是使用 容器化,例如 Docker。通过将应用程序及其依赖项打包到容器中,您可以确保在不同环境中保持一致性,并最小化版本不匹配的风险。此外,使用 依赖管理系统(例如 JavaScript 的 npm、Java 的 Maven 或 Python 的 pip)有助于更有效地管理和解决依赖关系。

  • 解决方案版本控制环境管理 也是处理复杂依赖关系的关键。使用语义版本控制(semver)来管理 API 更改,并确保 CI/CD 管道考虑不同环境配置。

3. 安全问题

在 CI/CD 管道中自动化部署和测试带来了 安全风险,如果管理不当,可能会导致问题。将敏感数据(如 API 密钥、凭据或私有配置)暴露在管道中可能导致安全漏洞。此外,CI/CD 的快速节奏意味着如果不正确集成安全措施,漏洞可能会被推送到生产环境。

  • 解决方案:安全性应集成到 CI/CD 过程的每个步骤中,通常称为 DevSecOps(开发、安全和运维)。使用 安全环境变量 存储凭据,确保它们不会在代码或日志中暴露。自动化安全检查,如 静态代码分析依赖项扫描渗透测试,以在生产之前捕获漏洞。

  • 解决方案:实施 访问控制,限制谁可以对管道进行更改。此外,加密敏感数据,确保只有授权人员可以访问。

4. 可扩展性和性能问题

随着开发团队扩展项目,CI/CD 管道变得更加复杂,管道本身的 可扩展性性能 可能成为问题。测试数量的增加、大型代码库和发布频率的提高可能会减慢 CI/CD 管道的速度。

  • 解决方案:为了确保可扩展性,您应设计 CI/CD 管道时考虑性能。技术如 并行测试执行分布式构建缓存 可以显著加快管道速度。容器化环境 或基于云的 CI/CD 工具也可以提供按需可扩展性,使您能够根据需要进行扩展或缩减。

  • 解决方案:监控管道的性能也很重要。跟踪 构建时间测试时间部署持续时间 等指标,以识别瓶颈。利用数据优化管道,例如消除不必要的步骤或分组测试。

5. 确保稳定性和可靠性

CI/CD 旨在提供频繁、可靠的软件发布,但有时可能会导致不稳定,尤其是在大型和复杂的项目中。频繁的部署 意味着引入的任何错误或问题都可能立即影响生产,可能导致停机或在实时系统中出现错误。

  • 解决方案:为了最小化风险,必须具备强大的 自动化测试监控。使用 功能开关金丝雀部署 逐步引入新功能,减少引入错误的可能性。此外,实施 蓝绿部署滚动部署 策略,使您能够平滑地在稳定版本和新版本之间切换,最大限度地减少生产中的停机时间。

  • 解决方案:保持一个与生产环境尽可能相似的 暂存环境。这使您能够在接近生产的环境中验证新更改,从而帮助捕获问题。

6. 工具集成和兼容性

CI/CD 管道依赖于多种工具来构建、测试和部署软件。集成和确保这些各种工具之间的兼容性可能是一个重大挑战,特别是在使用遗留系统或与不自然契合的工具时。

  • 解决方案:为了解决工具集成问题,选择与现有基础设施和开发环境兼容的 CI/CD 工具。许多 CI/CD 工具(如 JenkinsGitLabCircleCI)都有预构建的插件和多种工具的集成。您还可以使用 API 或自定义脚本将第三方工具集成到管道中。

  • 解决方案:考虑采用设计为协同工作的工具链,例如 GitLab CI/CDGitHub Actions,在同一平台内集成整个管道。这可以减少复杂性和潜在的集成问题。

7. 遗留系统和技术债务

许多组织仍依赖于不易与现代 CI/CD 实践兼容的遗留系统。这些系统通常存在大量 技术债务,使得实施自动化测试和集成过程变得困难。

  • 解决方案:在处理遗留系统时,考虑逐步引入 增量更改,使系统与现代开发实践保持一致。首先自动化过程的某些部分,例如测试或部署,同时逐步重构遗留代码,使其更兼容 CI/CD 实践。

  • 解决方案容器化 在这种情况下也可以提供帮助,因为它允许遗留应用程序被封装并在不同环境中一致运行。此外,考虑使用 API 封装微服务 将遗留系统与新代码解耦,便于与现代 CI/CD 工具的集成。

什么是 CI/CD?

常见问题解答(FAQ)

1. 持续集成(CI)和持续交付(CD)之间有什么区别?

  • 持续集成(CI) 是一种实践,频繁将代码更改合并到共享代码库中,随后进行自动化测试,以确保新代码不会破坏现有功能。CI 专注于尽早捕获集成问题并确保新更改是功能正常的。

  • 持续交付(CD) 扩展了 CI,确保代码始终处于可部署状态。它自动化部署过程,以便代码可以在最小人工干预的情况下推送到生产或暂存环境。然而,在持续交付中,生产部署通常仍需要手动批准,而 持续部署(CD 的另一种变体)则自动化整个过程,从提交到生产。

2. 为什么 CI/CD 对现代软件开发很重要?

CI/CD 通过自动化关键过程(如测试、构建和部署代码)使软件发布更快、更可靠。这减少了交付功能和修复的时间,增强了团队之间的协作,并确保只有高质量的代码进入生产。CI/CD 帮助团队更加灵活,快速响应变化,并维护更稳定的生产环境。

3. 常用的 CI/CD 工具有哪些?

有多种工具可支持 CI/CD 过程。一些最受欢迎的工具包括:

  • Jenkins:一个开源自动化服务器,支持构建、部署和自动化 CI/CD 管道的各个阶段。
  • GitLab CI/CD:一个完整的 CI/CD 解决方案,直接与 GitLab 仓库集成,提供自动化构建、测试和部署功能。
  • CircleCI:一个基于云的 CI 工具,自动化测试和部署,通常与 GitHub 或 Bitbucket 集成。
  • Travis CI:一个流行的 CI 工具,与 GitHub 集成,自动化代码的测试和部署。
  • GitHub Actions:GitHub 内的一个功能,允许您直接在 GitHub 仓库中自动化 CI/CD 工作流。
  • Bamboo:Atlassian 的自动化服务器,通常用于与 Jira 和 Bitbucket 集成。

4. 如何确保我的 CI/CD 管道高效运行?

为了保持 CI/CD 管道高效,您应:

  • 优化构建时间,使用缓存、并行测试和增量构建。
  • 仅运行必要的测试,以节省时间。例如,使用工具根据代码更改确定需要运行的测试。
  • 定期监控管道性能,以检测瓶颈并优化资源使用。
  • 自动化回滚,以防部署失败,这样系统可以快速恢复到稳定版本。
  • 实施适当的版本控制和分支策略,以管理更改并避免集成时的冲突。

5. 典型的 CI/CD 管道工作流程是什么样的?

典型的 CI/CD 管道包括几个阶段:

  1. 代码提交:开发者将代码更改提交到共享代码库(例如 Git)。
  2. 构建:代码自动构建成可执行工件(例如二进制文件、Docker 镜像)。
  3. 自动化测试:运行自动化测试(单元测试、集成测试和其他类型)以验证代码。
  4. 暂存部署:如果测试通过,代码将部署到暂存环境进行进一步测试。
  5. 手动批准或自动生产部署:如果暂存测试成功,代码将部署到生产。这可能需要手动批准(在持续交付的情况下)或完全自动化(在持续部署的情况下)。

6. 在 CI/CD 中编写测试的最佳实践是什么?

  • 编写小而专注的测试:测试应是原子的,意味着它们只测试系统的一个小方面,以便于调试。
  • 自动化一切:从单元测试到集成测试,确保所有测试都作为 CI/CD 管道的一部分自动运行。
  • 尽早并频繁测试:频繁运行测试,以便尽早捕获错误。越早识别问题,修复起来就越容易。
  • 使用模拟和存根:对于外部依赖项,使用模拟和存根确保测试可以在没有外部系统干扰的情况下运行。
  • 使测试快速:慢速测试可能会延迟反馈并降低管道的效率。优先考虑速度,而不牺牲覆盖率。

7. CI/CD 如何促进团队协作?

CI/CD 通过以下方式促进协作:

  • 频繁集成代码更改,减少大型合并冲突的可能性。
  • 在提交后自动测试代码,使开发者能够尽早识别问题。
  • 使部署可预测,因此开发、运维和 QA 团队可以更有信心地协同工作。
  • 促进跨职能团队合作:CI/CD 管道通常将开发者、QA 和运维团队聚集在一起,确保他们在同一代码库上工作,并了解彼此的工作。

8. 持续部署和持续交付有什么区别?

  • 持续交付(CD) 自动化部署过程,确保代码始终处于可部署状态。然而,它需要手动批准才能进行生产部署。团队可以选择何时部署到生产。

  • 持续部署(CD) 更进一步,完全自动化部署过程。在持续部署中,代码会在没有手动干预或批准的情况下自动部署到生产环境。

9. 如何处理 CI/CD 中的回滚和恢复?

处理回滚和恢复是任何 CI/CD 过程中的关键方面。以下是有效处理的方式:

  • 自动化回滚:自动化失败部署的回滚过程,以恢复到先前的稳定版本。这减少了停机时间,并允许团队快速从失败的发布中恢复。
  • 蓝绿或金丝雀部署:这些部署策略允许更平滑的回滚。使用蓝绿部署,您有两个生产环境——一个运行稳定版本,另一个运行新版本。您可以根据需要在这些环境之间切换流量。金丝雀部署首先将新版本发布给少量用户,以便在全面推出之前检测问题。
  • 备份系统:确保您有可靠的备份,以便在需要时恢复系统到已知的良好状态。

10. 我可以将 CI/CD 用于移动应用开发吗?

是的,CI/CD 可以用于移动应用开发,尽管可能涉及特定于移动平台的额外工具和配置。

  • 自动化构建:对于 Android,可以使用 GradleFastlane 自动化构建。对于 iOS,可以使用 XcodeFastlane 自动化构建和部署过程。
  • 自动化测试:移动应用的单元和 UI 测试可以使用 JUnit(用于 Android)、XCTest(用于 iOS)或 Appium(跨平台)等工具自动化。
  • Beta 部署:CI/CD 可以与 TestFlight(iOS)或 Firebase App Distribution(Android)等服务集成,以自动化将移动应用构建分发给测试人员或用户。

通过将 CI/CD 实践集成到移动应用开发中,团队可以实现更快的开发周期、更好的测试覆盖率和更可靠的发布。