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# 51 | 基于 GitHub Actions 的 CI 实战
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你好，我是孔令飞。这是本专栏正文的最后一讲了，恭喜你坚持到了最后！
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在Go项目开发中，我们要频繁地执行静态代码检查、测试、编译、构建等操作。如果每一步我们都手动执行，效率低不说，还容易出错。所以，我们通常借助CI系统来自动化执行这些操作。
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当前业界有很多优秀的CI系统可供选择，例如 [CircleCI](https://circleci.com/)、[TravisCI](https://travis-ci.org/)、[Jenkins](https://github.com/jenkinsci/jenkins)、[CODING](https://coding.net/)、[GitHub Actions](https://github.com/features/actions) 等。这些系统在设计上大同小异，为了减少你的学习成本，我选择了相对来说容易实践的GitHub Actions，来给你展示如何通过CI来让工作自动化。
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这一讲，我会先介绍下GitHub Actions及其用法，再向你展示一个CI示例，最后给你演示下IAM是如何构建CI任务的。
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## GitHub Actions的基本用法
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GitHub Actions是GitHub为托管在github.com站点的项目提供的持续集成服务，于2018年10月推出。
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GitHub Actions具有以下功能特性：
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* 提供原子的actions配置和组合actions的workflow配置两种能力。
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* 全局配置基于[YAML配置](https://help.github.com/en/articles/migrating-github-actions-from-hcl-syntax-to-yaml-syntax)，兼容主流CI/CD工具配置。
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* Actions/Workflows基于[事件触发](https://help.github.com/en/articles/events-that-trigger-workflows)，包括Event restrictions、Webhook events、Scheduled events、External events。
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* 提供可供运行的托管容器服务，包括Docker、VM，可运行Linux、macOS、Windows主流系统。
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* 提供主流语言的支持，包括Node.js、Python、Java、Ruby、PHP、Go、Rust、.NET。
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* 提供实时日志流程，方便调试。
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* 提供[平台内置的Actions](https://help.github.com/en/articles/about-github-actions#discovering-actions-in-the-github-community)与第三方提供的Actions，开箱即用。
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### GitHub Actions的基本概念
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在构建持续集成任务时，我们会在任务中心完成各种操作，比如克隆代码、编译代码、运行单元测试、构建和发布镜像等。GitHub把这些操作称为Actions。
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Actions在很多项目中是可以共享的，GitHub允许开发者将这些可共享的Actions上传到[GitHub的官方Actions市场](https://github.com/marketplace?type=actions)，开发者在Actions市场中可以搜索到他人提交的 Actions。另外，还有一个 [awesome actions](https://github.com/sdras/awesome-actions) 的仓库，里面也有不少的Action可供开发者使用。如果你需要某个 Action，不必自己写复杂的脚本，直接引用他人写好的 Action 即可。整个持续集成过程，就变成了一个 Actions 的组合。
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Action其实是一个独立的脚本，可以将Action存放在GitHub代码仓库中，通过`<userName>/<repoName>`的语法引用 Action。例如，`actions/checkout@v2`表示`https://github.com/actions/checkout`这个仓库，tag是v2。`actions/checkout@v2`也代表一个 Action，作用是安装 Go编译环境。GitHub 官方的 Actions 都放在 [github.com/actions](https://github.com/actions) 里面。
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GitHub Actions 有一些自己的术语，下面我来介绍下。
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* workflow（工作流程）：一个 `.yml` 文件对应一个 workflow，也就是一次持续集成。一个 GitHub 仓库可以包含多个 workflow，只要是在 `.github/workflow` 目录下的 `.yml` 文件都会被 GitHub 执行。
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* job（任务）：一个 workflow 由一个或多个 job 构成，每个 job 代表一个持续集成任务。
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* step（步骤）：每个 job 由多个 step 构成，一步步完成。
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* action（动作）：每个 step 可以依次执行一个或多个命令（action）。
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* on：一个 workflow 的触发条件，决定了当前的 workflow 在什么时候被执行。
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### workflow文件介绍
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GitHub Actions 配置文件存放在代码仓库的`.github/workflows`目录下，文件后缀为`.yml`，支持创建多个文件，文件名可以任意取，比如`iam.yml`。GitHub 只要发现`.github/workflows`目录里面有`.yml`文件，就会自动运行该文件，如果运行过程中存在问题，会以邮件的形式通知到你。
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workflow 文件的配置字段非常多，如果你想详细了解，可以查看[官方文档](https://docs.github.com/cn/actions/reference/workflow-syntax-for-github-actions)。这里，我来介绍一些基本的配置字段。
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1. `name`
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`name`字段是 workflow 的名称。如果省略该字段，默认为当前 workflow 的文件名。
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```yaml
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name: GitHub Actions Demo
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```
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2. `on`
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`on`字段指定触发 workflow 的条件，通常是某些事件。
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```yaml
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on: push
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```
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上面的配置意思是，`push`事件触发 workflow。`on`字段也可以是事件的数组，例如:
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```yaml
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on: [push, pull_request]
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```
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上面的配置意思是，`push`事件或`pull_request`事件都可以触发 workflow。
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想了解完整的事件列表，你可以查看[官方文档](https://docs.github.com/en/actions/reference/events-that-trigger-workflows)。除了代码库事件，GitHub Actions 也支持外部事件触发，或者定时运行。
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3. `on.<push|pull_request>.<tags|branches>`
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指定触发事件时，我们可以限定分支或标签。
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```yaml
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on:
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push:
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branches:
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- master
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```
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上面的配置指定，只有`master`分支发生`push`事件时，才会触发 workflow。
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4. `jobs.<job_id>.name`
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workflow 文件的主体是`jobs`字段，表示要执行的一项或多项任务。
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`jobs`字段里面，需要写出每一项任务的`job_id`，具体名称自定义。`job_id`里面的`name`字段是任务的说明。
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```yaml
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jobs:
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my_first_job:
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name: My first job
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my_second_job:
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name: My second job
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```
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上面的代码中，`jobs`字段包含两项任务，`job_id`分别是`my_first_job`和`my_second_job`。
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5. `jobs.<job_id>.needs`
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`needs`字段指定当前任务的依赖关系，即运行顺序。
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```yaml
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jobs:
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job1:
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job2:
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needs: job1
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job3:
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needs: [job1, job2]
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```
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上面的代码中，`job1`必须先于`job2`完成，而`job3`等待`job1`和`job2`完成后才能运行。因此，这个 workflow 的运行顺序为：`job1`、`job2`、`job3`。
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6. `jobs.<job_id>.runs-on`
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`runs-on`字段指定运行所需要的虚拟机环境，它是必填字段。目前可用的虚拟机如下：
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* ubuntu-latest、ubuntu-18.04或ubuntu-16.04。
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* windows-latest、windows-2019或windows-2016。
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* macOS-latest或macOS-10.14。
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下面的配置指定虚拟机环境为`ubuntu-18.04`。
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```yaml
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runs-on: ubuntu-18.04
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```
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7. `jobs.<job_id>.steps`
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`steps`字段指定每个 Job 的运行步骤，可以包含一个或多个步骤。每个步骤都可以指定下面三个字段。
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* `jobs.<job_id>.steps.name`：步骤名称。
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* `jobs.<job_id>.steps.run`：该步骤运行的命令或者 action。
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* `jobs.<job_id>.steps.env`：该步骤所需的环境变量。
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下面是一个完整的 workflow 文件的范例：
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```yaml
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name: Greeting from Mona
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on: push
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jobs:
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my-job:
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name: My Job
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runs-on: ubuntu-latest
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steps:
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- name: Print a greeting
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env:
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MY_VAR: Hello! My name is
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FIRST_NAME: Lingfei
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LAST_NAME: Kong
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run: |
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echo $MY_VAR $FIRST_NAME $LAST_NAME.
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```
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上面的代码中，`steps`字段只包括一个步骤。该步骤先注入三个环境变量，然后执行一条 Bash 命令。
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8. `uses`
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`uses` 可以引用别人已经创建的 actions，就是上面说的 actions 市场中的 actions。引用格式为`userName/repoName@verison`，例如`uses: actions/setup-go@v1`。
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9. `with`
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`with` 指定actions的输入参数。每个输入参数都是一个键/值对。输入参数被设置为环境变量，该变量的前缀为 `INPUT_`，并转换为大写。
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这里举个例子：我们定义 `hello_world` 操作所定义的三个输入参数（`first_name`、`middle_name` 和 `last_name`），这些输入变量将被 `hello-world` 操作作为 `INPUT_FIRST_NAME`、`INPUT_MIDDLE_NAME` 和 `INPUT_LAST_NAME` 环境变量使用。
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```yaml
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jobs:
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my_first_job:
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steps:
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- name: My first step
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uses: actions/hello_world@master
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with:
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first_name: Lingfei
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middle_name: Go
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last_name: Kong
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```
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10. `run`
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`run`指定执行的命令。可以有多个命令，例如：
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```yaml
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- name: Build
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run: |
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go mod tidy
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go build -v -o helloci .
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```
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11. `id`
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`id`是step的唯一标识。
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## GitHub Actions的进阶用法
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上面，我介绍了GitHub Actions的一些基本知识，这里我再介绍下GitHub Actions的进阶用法。
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### 为工作流加一个Badge
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在action的面板中，点击`Create status badge`就可以复制Badge的Markdown内容到README.md中。
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之后，我们就可以直接在README.md中看到当前的构建结果：
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### 使用构建矩阵
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如果我们想在多个系统或者多个语言版本上测试构建，就需要设置构建矩阵。例如，我们想在多个操作系统、多个Go版本下跑测试，可以使用如下workflow配置：
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```yaml
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name: Go Test
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on: [push, pull_request]
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jobs:
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helloci-build:
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name: Test with go ${{ matrix.go_version }} on ${{ matrix.os }}
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runs-on: ${{ matrix.os }}
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strategy:
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matrix:
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go_version: [1.15, 1.16]
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os: [ubuntu-latest, macOS-latest]
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steps:
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- name: Set up Go ${{ matrix.go_version }}
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uses: actions/setup-go@v2
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with:
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go-version: ${{ matrix.go_version }}
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id: go
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```
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上面的workflow配置，通过`strategy.matrix`配置了该工作流程运行的环境矩阵（格式为`go_version.os`）：`ubuntu-latest.1.15`、`ubuntu-latest.1.16`、`macOS-latest.1.15`、`macOS-latest.1.16`。也就是说，会在4台不同配置的服务器上执行该workflow。
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### 使用Secrets
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在构建过程中，我们可能需要用到`ssh`或者`token`等敏感数据，而我们不希望这些数据直接暴露在仓库中，此时就可以使用`secrets`。
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我们在对应项目中选择`Settings`\-> `Secrets`，就可以创建`secret`，如下图所示：
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配置文件中的使用方法如下：
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```yaml
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name: Go Test
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on: [push, pull_request]
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jobs:
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helloci-build:
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name: Test with go
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runs-on: [ubuntu-latest]
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environment:
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name: helloci
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steps:
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- name: use secrets
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env:
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super_secret: ${{ secrets.YourSecrets }}
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```
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secret name不区分大小写，所以如果新建secret的名字是name，使用时用 `secrets.name` 或者 `secrets.Name` 都是可以的。而且，就算此时直接使用 `echo` 打印 `secret` , 控制台也只会打印出`*`来保护secret。
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这里要注意，你的secret是属于某一个环境变量的，所以要指明环境的名字：`environment.name`。上面的workflow配置中的`secrets.YourSecrets`属于`helloci`环境。
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### 使用Artifact保存构建产物
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在构建过程中，我们可能需要输出一些构建产物，比如日志文件、测试结果等。这些产物可以使用Github Actions Artifact 来存储。你可以使用[action/upload-artifact](https://github.com/actions/upload-artifact) 和 [download-artifact](https://github.com/actions/download-artifact) 进行构建参数的相关操作。
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这里我以输出Jest测试报告为例来演示下如何保存Artifact产物。Jest测试后的测试产物是coverage：
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```yaml
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steps:
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- run: npm ci
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- run: npm test
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- name: Collect Test Coverage File
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uses: actions/upload-artifact@v1.0.0
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with:
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name: coverage-output
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path: coverage
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```
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执行成功后，我们就能在对应action面板看到生成的Artifact：
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## GitHub Actions实战
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上面，我介绍了GitHub Actions的用法，接下来我们就来实战下，看下使用GitHub Actions的6个具体步骤。
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**第一步，**创建一个测试仓库。
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登陆[GitHub官网](https://github.com/)，点击**New repository**创建，如下图所示：
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这里，我们创建了一个叫`helloci`的测试项目。
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**第二步，**将新的仓库 clone 下来，并添加一些文件：
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```bash
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$ git clone https://github.com/marmotedu/helloci
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```
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你可以克隆[marmotedu/helloci](https://github.com/marmotedu/helloci)，并将里面的文件拷贝到你创建的项目仓库中。
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**第三步，**创建GitHub Actions workflow配置目录：
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```bash
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$ mkdir -p .github/workflows
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```
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**第四步，**创建GitHub Actions workflow配置。
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在`.github/workflows`目录下新建`helloci.yml`文件，内容如下：
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```yaml
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name: Go Test
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on: [push, pull_request]
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jobs:
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helloci-build:
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name: Test with go ${{ matrix.go_version }} on ${{ matrix.os }}
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runs-on: ${{ matrix.os }}
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environment:
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name: helloci
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strategy:
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matrix:
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go_version: [1.16]
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os: [ubuntu-latest]
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steps:
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- name: Set up Go ${{ matrix.go_version }}
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uses: actions/setup-go@v2
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with:
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go-version: ${{ matrix.go_version }}
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id: go
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- name: Check out code into the Go module directory
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uses: actions/checkout@v2
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- name: Tidy
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run: |
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go mod tidy
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- name: Build
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run: |
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go build -v -o helloci .
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- name: Collect main.go file
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uses: actions/upload-artifact@v1.0.0
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with:
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name: main-output
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path: main.go
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- name: Publish to Registry
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uses: elgohr/Publish-Docker-GitHub-Action@master
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with:
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name: ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/helloci:beta # docker image 的名字
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username: ${{ secrets.DOCKER_USERNAME}} # 用户名
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password: ${{ secrets.DOCKER_PASSWORD }} # 密码
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registry: ccr.ccs.tencentyun.com # 腾讯云Registry
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dockerfile: Dockerfile # 指定 Dockerfile 的位置
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tag_names: true # 是否将 release 的 tag 作为 docker image 的 tag
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```
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上面的workflow文件定义了当GitHub仓库有`push`、`pull_request`事件发生时，会触发GitHub Actions工作流程，流程中定义了一个任务（Job）`helloci-build`，Job中包含了多个步骤（Step），每个步骤又包含一些动作（Action）。
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上面的workflow配置会按顺序执行下面的6个步骤。
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1. 准备一个Go编译环境。
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2. 从[marmotedu/helloci](https://github.com/marmotedu/helloci)下载源码。
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3. 添加或删除缺失的依赖包。
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4. 编译Go源码。
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5. 上传构建产物。
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6. 构建镜像，并将镜像push到`ccr.ccs.tencentyun.com/marmotedu/helloci:beta`。
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**第五步，**在push代码之前，我们需要先创建`DOCKER_USERNAME`和`DOCKER_PASSWORD` secret。
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其中，`DOCKER_USERNAME`保存腾讯云镜像服务（CCR）的用户名，`DOCKER_PASSWORD`保存CCR的密码。我们将这两个secret保存在`helloci` Environments中，如下图所示：
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**第六步，**将项目push到GitHub，触发workflow工作流：
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```bash
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$ git add .
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$ git push origin master
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```
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打开我们的仓库 Actions 标签页，可以发现GitHub Actions workflow正在执行：
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等workflow执行完，点击 **Go Test** 进入构建详情页面，在详情页面能够看到我们的构建历史：
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然后，选择其中一个构建记录，查看其运行详情（具体可参考[chore: update step name Go Test #10](https://github.com/marmotedu/helloci/actions/runs/1144156183)）：
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你可以看到，`Go Test`工作流程执行了6个Job，每个Job执行了下面这些自定义Step：
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1. Set up Go 1.16。
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2. Check out code into the Go module directory。
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3. Tidy。
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4. Build。
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5. Collect main.go file。
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6. Publish to Registry。
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其他步骤是GitHub Actions自己添加的步骤：`Setup Job`、`Post Check out code into the Go module directory`、`Complete job`。点击每一个步骤，你都能看到它们的详细输出。
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## IAM GitHub Actions实战
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接下来，我们再来看下IAM项目的GitHub Actions实战。
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假设IAM项目根目录为 `${IAM_ROOT}`，它的workflow配置文件为：
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```bash
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$ cat ${IAM_ROOT}/.github/workflows/iamci.yaml
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name: IamCI
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on:
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push:
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branchs:
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- '*'
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pull_request:
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types: [opened, reopened]
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jobs:
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iamci:
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name: Test with go ${{ matrix.go_version }} on ${{ matrix.os }}
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runs-on: ${{ matrix.os }}
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environment:
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name: iamci
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strategy:
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matrix:
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go_version: [1.16]
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os: [ubuntu-latest]
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steps:
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- name: Set up Go ${{ matrix.go_version }}
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uses: actions/setup-go@v2
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with:
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go-version: ${{ matrix.go_version }}
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id: go
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- name: Check out code into the Go module directory
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uses: actions/checkout@v2
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- name: Run go modules Tidy
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run: |
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make tidy
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- name: Generate all necessary files, such as error code files
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run: |
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make gen
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- name: Check syntax and styling of go sources
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run: |
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make lint
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- name: Run unit test and get test coverage
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run: |
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make cover
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- name: Build source code for host platform
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run: |
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make build
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- name: Collect Test Coverage File
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uses: actions/upload-artifact@v1.0.0
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with:
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name: main-output
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path: _output/coverage.out
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- name: Set up Docker Buildx
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uses: docker/setup-buildx-action@v1
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- name: Login to DockerHub
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uses: docker/login-action@v1
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with:
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username: ${{ secrets.DOCKERHUB_USERNAME }}
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password: ${{ secrets.DOCKERHUB_TOKEN }}
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- name: Build docker images for host arch and push images to registry
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run: |
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make push
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```
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上面的workflow依次执行了以下步骤：
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1. 设置Go编译环境。
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2. 下载IAM项目源码。
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3. 添加/删除不需要的Go包。
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4. 生成所有的代码文件。
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5. 对IAM源码进行静态代码检查。
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6. 运行单元测试用例，并计算单元测试覆盖率是否达标。
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7. 编译代码。
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8. 收集构建产物`_output/coverage.out`。
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9. 配置Docker构建环境。
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10. 登陆DockerHub。
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11. 构建Docker镜像，并push到DockerHub。
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IamCI workflow运行历史如下图所示：
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IamCI workflow的其中一次工作流程运行结果如下图所示：
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## 总结
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在Go项目开发中，我们需要通过CI任务来将需要频繁操作的任务自动化，这不仅可以提高开发效率，还能减少手动操作带来的失误。这一讲，我选择了最易实践的GitHub Actions，来给你演示如何构建CI任务。
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GitHub Actions支持通过push事件来触发CI流程。一个CI流程其实就是一个workflow，workflow中包含多个任务，这些任务是可以并行执行的。一个任务又包含多个步骤，每一步又由多个动作组成。动作（Action）其实是一个命令/脚本，用来完成我们指定的任务，如编译等。
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因为GitHub Actions内容比较多，这一讲只介绍了一些核心的知识，更详细的GitHub Actions教程，你可以参考 [官方中文文档](https://docs.github.com/cn/actions)。
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## 课后练习
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1. 使用CODING实现IAM的CI任务，并思考下：GitHub Actions和CODING在CI任务构建上，有没有本质的差异？
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2. 这一讲，我们借助GitHub Actions实现了CI，请你结合前面所学的知识，实现IAM的CD功能。欢迎提交Pull Request。
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这是我们这门课的最后一次练习题了，欢迎把你的思考和想法分享在留言区，也欢迎把课程分享给你的同事、朋友，我们一起交流，一起进步。
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