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在今天的快節(jié)奏世界中，軟件開發(fā)人員需要創(chuàng)建可擴展、可維護和適應性強的應用程序。12-Factor應用程序方法論是一組最佳實踐，可以幫助開發(fā)人員實現(xiàn)這些目標。

本文深入探討了12個因素，詳細解釋了它們的重要性以及如何將它們應用到您自己的應用程序中。通過遵循這些原則，您可以創(chuàng)建更可靠、更高效且更易于管理的軟件。

1. 代碼庫

這個因素可能是最廣為人知、最簡單的12個因素之一，但它對開發(fā)過程有著重大影響。將所有代碼放在一個地方允許團隊中的每個人都從同一個真相源工作。這簡化了跟蹤變更、協(xié)作和沖突避免。

擁有單一的代碼庫有許多好處。以下是一些例子:

• 更容易跟蹤變更: 當所有代碼都在一個地方時，很容易看到誰做了什么變更以及何時做的。這對于調試和故障排除可能有幫助。
• 最小化代碼沖突: 當多人在同一代碼上工作時，他們可能會進行沖突的更改。擁有單一的代碼庫有助于避免這種情況，因為確保每個人都在同一版本的代碼上工作。
• 促進協(xié)作: 當每個人都從同一個代碼庫工作時，更容易進行協(xié)作和分享想法。這可能導致更好的代碼和更高效的開發(fā)過程。

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如果您有微服務架構的經驗，您可能會想知道為什么在那里不遵循這一做法。然而，事實并非如此。在微服務架構中，每個服務都是一個獨立的應用程序，因此每個服務都必須符合12-Factor開發(fā)原則。這就是為什么我們?yōu)槊總€服務單獨創(chuàng)建存儲庫的原因。

2. 依賴關系

即使是剛剛入門的開發(fā)人員，也可能對庫依賴性有所了解。有許多用于不同需求的庫可供選擇，這就是為什么我們通常會不加思考地安裝它們，而不知道它可能帶來的混亂。

這個因素強調了明確聲明和隔離依賴關系的重要性。這意味著您應該指定應用程序依賴的庫和包的確切版本。您還應該隔離依賴項，以確保它們不會相互影響。

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明確聲明和隔離依賴關系的重要性有幾個原因。

• 首先，它使跟蹤依賴關系的變更變得更容易。 如果更改依賴項的版本，您需要確保應用程序仍然正常工作。通過明確聲明依賴關系，您可以輕松查看已進行的更改以及它們對應用程序的影響。
• 其次，明確聲明依賴關系使部署應用程序變得更容易。 在部署應用程序時，您需要確保所有依賴項都可用。通過明確聲明依賴關系，您可以確保部署包含了所有必要的依賴項。
• 第三，明確聲明依賴關系使調試應用程序變得更容易。 如果應用程序不起作用，您需要能夠跟蹤問題。通過明確聲明依賴關系，您可以輕松看到哪些依賴關系涉及到問題。

最近的Log4j漏洞是管理依賴關系重要性的很好示例。Log4j是一款廣泛使用的日志記錄庫，被許多應用程序使用。該漏洞允許攻擊者在使用Log4j的系統(tǒng)上執(zhí)行任意代碼。如果受影響的應用程序的開發(fā)人員管理了他們的依賴關系并更新了Log4j到最新/安全版本，這種情況本可以避免的。

3. 配置

將配置設置存儲在環(huán)境變量中是一種增強安全性、靈活性和可移植性的關鍵實踐。在代碼中硬編碼配置值可能會使應用程序變得僵化且容易受到安全風險的威脅。通過將配置集中在環(huán)境變量中，您可以輕松地更改設置，而無需修改代碼。這使您的應用程序更具靈活性和可移植性，并有助于提高安全性。

以下是存儲配置設置在環(huán)境變量中的好處的更詳細解釋：

安全性: 環(huán)境變量是一種在代碼之外存儲配置數(shù)據(jù)的方式。這對于存儲敏感信息，如密碼和API密鑰，可以提供保護，以便不會暴露給公眾。

將API密鑰和密碼存儲在環(huán)境變量中相對安全，即使在現(xiàn)在，它仍然被廣泛使用，但還有更安全的選項可用。以下是存儲API密鑰和密碼的不同方式，從不安全到最安全：

• 將它們直接存儲在代碼中: 這是最不安全的選項，因為任何可以訪問您的代碼的人都將能夠訪問您的API密鑰和密碼。隨著環(huán)境層次結構的提升，這將使您的代碼無法使用。
• 將它們存儲在環(huán)境變量中: 這是一種更安全的選項，因為環(huán)境變量不存儲在代碼中，只有運行的應用程序才能訪問它們。但是，如果應用程序代碼被破壞或環(huán)境變量文件被意外共享，環(huán)境變量可能會被公開。
• 將它們存儲在磁盤上的文件中: 這可以比將它們存儲在環(huán)境變量中更安全，因為您可以設置文件權限以限制誰可以訪問文件。但是，如果文件未正確保護，它們仍然可能會被公開。
• 將它們存儲在對象存儲中: 對象存儲，如AWS S3和Google Cloud Storage，比將文件存儲在磁盤上更安全。對象存儲可以加密，并且可以使用IAM策略限制訪問。
• 使用秘密管理器來存儲它們: 秘密管理器，如AWS Secrets Manager和GCP Secret Manager，是存儲API密鑰和密碼的最安全選項。秘密管理器使用加密和其他安全措施來保護您的秘密。

最后三個選項相對類似，因為它們都使用加密和其他安全措施來保護您的秘密。它們之間的主要區(qū)別在于它們的管理方式。對象存儲由云提供商管理，而秘密管理器通常由使用它們的應用程序或組織管理。人們也經常使用像AWS/GCP秘密管理器這樣的提供商管理的秘密管理器。

最終，最適合您的選項將取決于您的具體需求和要求以及您的組織數(shù)據(jù)政策。如果您需要以安全的方式存儲敏感信息，那么我建議使用秘密管理器。

• 靈活性: 環(huán)境變量可以輕松更改，這使得將您的應用程序適應不同的環(huán)境變得容易。例如，您可以使用環(huán)境變量指定數(shù)據(jù)庫連接字符串、端口號或配置文件的位置。
• 可移植性: 環(huán)境變量與語言和平臺無關，因此可以與任何應用程序一起使用。這使得將您的應用程序部署到不同的環(huán)境中變得容易。

4. 后備服務

現(xiàn)代應用程序通常依賴于外部服務，如數(shù)據(jù)庫、緩存系統(tǒng)和消息隊列。第四個因素要求我們將這些服務視為附加資源。這意味著您的應用程序應該使用配置設置連接到這些服務，而不是將它們硬編碼到代碼中。

這種解耦使您具有很大的靈活性。您可以輕松更換或擴展這些服務，而無需更改應用程序的代碼庫。這對于云原生應用程序非常重要，因為它們通常會動態(tài)部署和擴展。

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以下是這在實踐中可能如何工作的示例。假設您的應用程序使用數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。第四因素將指定您不應該將數(shù)據(jù)庫連接字符串硬編碼到應用程序的代碼中。相反，您應該將連接字符串存儲在配置文件中。當應用程序啟動時，它將從配置文件中讀取連接字符串并連接到數(shù)據(jù)庫。

這樣，如果需要更改應用程序使用的數(shù)據(jù)庫，只需更新配置文件即可。您不需要對應用程序的代碼庫進行任何更改。

雖然這個示例非常簡單，但在構建其他人將用作平臺的系統(tǒng)時，您將能夠充分利用這個原則。確切地說，是使用這個原則的人才能從中受益，因為它們可以消耗您的API的人。

5. 構建、發(fā)布、運行

這個因素被認為是今天正在開發(fā)的任何現(xiàn)代服務的標準實踐，它規(guī)定應用程序的構建、發(fā)布和運行階段應該嚴格分開。構建階段將您的代碼轉換為可執(zhí)行的構件，發(fā)布階段將這些構件與配置組合在一起，運行階段啟動應用程序。

這種分離確保您的應用程序可以在任何環(huán)境中部署和運行，而不受底層基礎設施的限制。它還使自動化部署過程變得更容易，這有助于提高一致性和可重復性。

雖然這是一個常見的做法，但經常被忽視的一件事是構建和發(fā)布步驟的分離。這種分離對于創(chuàng)建合理的部署和回滾過程非常重要。

當代碼合并并進行測試時，生成的鏡像或二進制文件應存儲在可以在以后發(fā)布和部署中檢索的存儲庫/工廠中。這種分離可以實現(xiàn)更簡單、更少錯誤的開發(fā)周期。

在較小規(guī)模或開發(fā)周期的早期，代碼和基礎設施的更改緊密耦合，可能不需要這種分離。但隨著應用程序的增長和成熟，分離這些問題變得越來越重要。

以下是一些在應用程序中實現(xiàn)第五因素的具體示例：

• 使用像Jenkins這樣的構建工具自動化構建過程。這將有助于確保構建過程是可重復的和一致的。
• 使用配置管理工具，如AWS的SSM或OCP的Config Map，來管理應用程序的配置。這將有助于將配置與代碼分開。
• 使用像Docker這樣的容器化工具將應用程序及其依賴項打包到容器中。這將有助于使您的應用程序具有可移植性和可擴展性。
• 最后，不要忘記將這些Docker鏡像存儲在工廠中。

6. 進程

這個因素的重點是使您的應用程序無狀態(tài)，這意味著您的應用程序不應在內存或磁盤上存儲任何數(shù)據(jù)。這使它們比有狀態(tài)進程更可伸縮和容錯。

可伸縮性是指應用程序處理不斷增加的流量的能力。無狀態(tài)進程可伸縮，因為它們可以輕松復制。當流量增加時，您只需添加更多的無狀態(tài)進程來處理負載。

任何系統(tǒng)面臨的伸縮性問題數(shù)量都是管理和存儲狀態(tài)的問題。這對于以軟件即服務模式擴展非常重要。這也與有界上下文的概念非常吻合，有界上下文確保每個系統(tǒng)都應該管理其存儲層，如果其他系統(tǒng)需要訪問該數(shù)據(jù)，應該通過一個有良好文檔的API來訪問它。

容錯性是指應用程序在某些組件失敗時仍然能夠繼續(xù)運行。無狀態(tài)進程容錯，因為它們不依賴于任何共享狀態(tài)。如果一個無狀態(tài)進程失敗，其他進程可以繼續(xù)運行而不中斷。

如果您還沒有注意到，這個因素是REST API的基礎。

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7. 端口綁定

第七個因素主張使用明確定義的端口來導出服務。這使應用程序之間的通信更容易，也使管理員更容易管理應用程序。

這個因素已經成為標準做法很長時間了，沒有什么特別的變化。此外，許多容器化標準、代理和負載均衡器已經強制執(zhí)行了這個因素。

主要思想是每個應用程序都應該有一個特定的端口映射。

這意味著每個應用程序都應該在特定端口上監(jiān)聽傳入的請求。端口號可以用于傳達有關應用程序的信息，例如它提供的服務類型。例如，Web服務器可能在端口80上監(jiān)聽請求，而SSH服務器可能在端口22上監(jiān)聽請求。

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8. 并發(fā)性

第八因素主張使用并發(fā)性來處理不斷增加的負載。在這個上下文中，并發(fā)性是指應用程序能夠同時運行多個實例。

無狀態(tài)應用程序是實現(xiàn)最大可伸縮性的最佳類型的應用程序。您可以輕松地將所有這些進程分組到負載均衡器下。例如，在電子商務應用程序中，所有訂單服務將分組到一個負載均衡器下，而產品服務將分組到另一個負載均衡器下。

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我確定您已經注意到了每個因素中越來越多的冗余，這是因為一個因素是前一個因素的擴展或建立在其上。

9. 可丟棄性

要理解可丟棄性，想象一下能夠替換應用程序中的故障部分而不必關閉整個應用程序。這將使您能夠在發(fā)生問題時保持應用程序的平穩(wěn)運行?？焖賳雍蛢?yōu)雅的關閉對于應用程序的穩(wěn)健性至關重要。

這是一個重要的因素，通常在需要時被忽視。啟動檢查對于確保系統(tǒng)正在運行和正常運行非常重要。健康檢查確保系統(tǒng)保持在這種狀態(tài)或從輪換中移除。

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我經?？吹疥P閉過程沒有受到同樣的關注。人們經常說它是“相對復雜且難以正確執(zhí)行”的，或者“如果我們不干凈地執(zhí)行它，因為系統(tǒng)不會幸存，所以它無關緊要

”。這個說法是不正確的。第九因素的一個重要部分是確保關閉過程干凈且完全，以便應用程序可以在必要時迅速啟動和關閉。

10. 開發(fā)和生產的平等性

這個因素主張您的開發(fā)和生產環(huán)境應該盡可能相似。這可以通過使用相同的工具、相同的配置和相同的設置來實現(xiàn)。

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通過保持這種相似性，您可以確保在開發(fā)、測試和生產環(huán)境之間更輕松地移動應用程序。這也有助于避免“在我的機器上可以工作”的問題，因為開發(fā)和生產環(huán)境之間的差異可能導致應用程序在一個環(huán)境中運行良好，但在另一個環(huán)境中失敗。

在實際實現(xiàn)中，開發(fā)和生產環(huán)境不會完全相同，因為它們的目標和需求不同。但是，它們應該盡可能相似，以確保平滑的部署和運行。

11. 日志

在這個因素中，我們強調了記錄的重要性。應用程序應該生成詳細的日志，以便在發(fā)生問題時進行故障排除和診斷。

日志記錄是一種關鍵的監(jiān)視和故障排除工具。通過查看日志，您可以了解應用程序的狀態(tài)、性能和問題。在生產環(huán)境中，有一個可靠的日志記錄系統(tǒng)非常重要。

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以下是一些關于日志記錄的最佳實踐：

• 記錄足夠的信息: 確保您的日志包含足夠的信息，以便在發(fā)生問題時進行故障排除。這可能包括錯誤消息、異常堆棧跟蹤、請求/響應數(shù)據(jù)等。
• 結構化日志記錄: 將日志記錄為結構化數(shù)據(jù)，而不是純文本。這使得日志更容易分析和查詢。
• 中心化日志記錄: 使用中心化的日志記錄工具，如ELK堆棧(Elasticsearch、Logstash和Kibana)或Splunk，將所有應用程序的日志記錄到一個位置。
• 周期性地清理日志: 避免日志文件過大，定期清理舊日志，或將它們歸檔到長期存儲中。

12. 管理進程

最后一個因素強調了管理應用程序進程的重要性。這包括啟動、停止和擴展進程。管理進程是確保應用程序穩(wěn)定運行的關鍵部分。

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管理進程通常需要一些自動化工具，以確保它們可以輕松地啟動和停止。這可能包括使用容器編排工具(如Kubernetes或Docker Swarm)來自動化進程的部署和擴展。

確保您的應用程序具有良好的管理進程是非常重要的，因為它可以減輕運維工作的負擔，確保應用程序在需要時能夠擴展以滿足負載。

總結

12-Factor應用程序方法論提供了一組最佳實踐，可幫助開發(fā)人員構建可擴展、可維護和高效的應用程序。這些因素涵蓋了應用程序的各個方面，從代碼庫和依賴關系管理到配置、構建、發(fā)布和運行。

通過遵循這些原則，您可以創(chuàng)建更穩(wěn)健、更具可維護性和可擴展性的應用程序，同時提高了開發(fā)和運維的效率。無論您是在開發(fā)單體應用程序還是構建云原生微服務，這些因素都是非常有價值的。

希望這篇文章能夠幫助您更好地理解12-Factor應用程序方法論，并在自己的項目中應用這些最佳實踐。