Docker 与 Rust

Docker 是一个开源的容器化平台，用于打包、部署和运行应用程序，而 Rust 是一种高效、安全的系统编程语言，常用于构建高性能应用。将 Rust 与 Docker 结合，可以实现跨平台部署、隔离环境和高效构建，尤其适合微服务、Web 服务或命令行工具。本教程基于官方文档和社区最佳实践，提供从基础到高级的指导，适用于初学者和开发者。教程假设你有基本的 Rust 和命令行知识。当前日期为 2025 年 9 月 7 日，信息基于最新资源。

1. 介绍

为什么用 Docker 与 Rust？：Rust 应用编译后是静态二进制，便于 Docker 打包。Docker 提供一致的环境，避免“本地运行正常、生产环境出错”。好处包括：小镜像大小（优化后几 MB）、快速部署、多平台支持（Linux、Windows、macOS）。常见场景：Web API、CLI 工具、游戏服务器。
挑战：Rust 构建慢（依赖编译），Docker 镜像可能大。解决方案：多阶段构建和缓存。

2. 前置要求

安装 Rust：通过 rustup（curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh）。验证：rustc --version。
安装 Docker：下载 Docker Desktop（Windows/macOS）或 Docker Engine（Linux）。验证：docker --version。

创建 Rust 项目：cargo new hello-rust。编辑 src/main.rs：

fn main() {
    println!("Hello, Docker and Rust!");
}

其他工具：可选 Git（版本控制）、VS Code（编辑 Dockerfile）。

3. 基本 Dockerfile：Hello World

开始一个简单镜像。

在项目根目录创建 Dockerfile：

# 基础镜像：Rust 官方镜像（包含工具链）
FROM rust:1.85 as builder

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制 Cargo.toml 和 Cargo.lock（依赖文件）
COPY Cargo.toml Cargo.lock ./

# 构建依赖（空构建以缓存层）
RUN cargo build --release

# 复制源代码
COPY src ./src

# 构建应用
RUN cargo build --release

# 运行阶段：使用最小镜像
FROM debian:bookworm-slim

# 复制二进制
COPY --from=builder /app/target/release/hello-rust /usr/local/bin/

# 运行命令
CMD ["hello-rust"]

解释：使用多阶段构建（builder 和运行阶段）。第一阶段编译，第二阶段只复制二进制，减少镜像大小（从 GB 到 MB）。

构建镜像：docker build -t hello-rust .（-t 指定标签）。
- 时间：首次可能慢（下载 Rust 镜像），后续快。
运行容器：docker run --rm hello-rust。输出："Hello, Docker and Rust!"。
- --rm：运行后删除容器。

4. 多阶段构建与优化

Rust 构建慢，优化 Dockerfile 以利用 Docker 缓存。

4.1 添加 .dockerignore

创建 .dockerignore（类似 .gitignore）：

target
.git
README.md

好处：忽略不必要文件，减少上下文大小，加速构建。

4.2 缓存依赖

优化 Dockerfile：

FROM rust:1.85 as builder
WORKDIR /app

# 复制依赖文件并构建空项目（缓存依赖层）
COPY Cargo.toml Cargo.lock ./
RUN cargo build --release
RUN rm -f target/release/deps/hello_rust*

# 复制源代码并重新构建
COPY src ./src
RUN cargo build --release

FROM debian:bookworm-slim
COPY --from=builder /app/target/release/hello-rust /usr/local/bin/
CMD ["hello-rust"]

解释：先构建依赖（不变时缓存），源代码变更只重新编译应用。构建时间：依赖缓存后，源代码变更只需几秒。

4.3 使用 sccache 缓存编译

为进一步加速，使用 sccache（Rust 编译缓存）：

FROM rust:1.85 AS base
RUN cargo install sccache --locked
ENV RUSTC_WRAPPER=sccache SCCACHE_DIR=/sccache

FROM base AS builder
WORKDIR /app
COPY Cargo.toml Cargo.lock ./
RUN cargo build --release
COPY src ./src
RUN cargo build --release

FROM debian:bookworm-slim
COPY --from=builder /app/target/release/hello-rust /usr/local/bin/
CMD ["hello-rust"]

安装：cargo install sccache。
好处：缓存单个 crate 编译，依赖变更时只重编译变更部分。

4.4 使用 cargo-chef

cargo-chef 生成依赖“菜谱”以优化缓存：

安装：cargo install cargo-chef。

更新 Dockerfile：

FROM rust:1.85 AS planner
WORKDIR /app
COPY . .
RUN cargo chef prepare --recipe-path recipe.json

FROM rust:1.81 AS cacher
WORKDIR /app
COPY --from=planner /app/recipe.json recipe.json
RUN cargo chef cook --release --recipe-path recipe.json

FROM rust:1.81 AS builder
WORKDIR /app
COPY . .
COPY --from=cacher /app/target target
COPY --from=cacher $CARGO_HOME/registry $CARGO_HOME/registry
RUN cargo build --release

FROM debian:bookworm-slim
COPY --from=builder /app/target/release/hello-rust /usr/local/bin/
CMD ["hello-rust"]

好处：精确缓存依赖，源代码变更不重下依赖。

5. 运行与配置

环境变量：在 Dockerfile 添加 ENV KEY=value，或运行时 -e KEY=value。
端口暴露：Web 应用用 EXPOSE 8080，运行时 -p 8080:8080。
卷挂载：持久化数据 -v /host/path:/container/path。

多容器：使用 Docker Compose（compose.yaml）：

services:
  app:
    build: .
    ports: ["8080:8080"]
    volumes: ["/data:/app/data"]

运行：docker compose up。

6. 最佳实践（2025 更新）

最小镜像：用 FROM scratch 或 alpine（需 musl 目标：rustup target add x86_64-unknown-linux-musl）。
安全：运行非 root 用户（USER appuser），扫描镜像（trivy image myimage）。
多平台：用 docker buildx 构建（docker buildx create --use）。
健康检查：HEALTHCHECK CMD curl -f http://localhost/health || exit 1。
避免最新标签：用具体版本如 rust:1.85。

CI/CD：GitHub Actions 示例（.github/workflows/ci.yml）：

name: Rust Docker CI
on: [push]
jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v4
      - uses: docker/setup-buildx-action@v3
      - uses: docker/build-push-action@v6
        with:
          push: false
          tags: hello-rust:latest

7. 高级主题

Web 服务：用 Axum 或 Rocket，暴露端口。
数据库集成：用 Docker Compose 连接 Postgres。
推送镜像：docker push user/image:tag 到 Docker Hub。
优化大小：用 UPX 压缩二进制（可选，但小心兼容性）。

8. 故障排除

构建失败：检查 Dockerfile 缩进；用 --no-cache 重建。
慢构建：启用 BuildKit（DOCKER_BUILDKIT=1）。
权限问题：用 --user 指定 UID/GID。
网络错误：用 --network=host。

Lets Rust