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# 17 | DevOps现代化：从持续集成到持续部署
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你好，我是姚琪琳。
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上节课，我们讲了任务分解、小步提交、质量门禁、分级构建、制品晋级等DevOps实践，它们都可以看做是持续集成的基础。只有做好任务分解和小步提交，才能放心大胆地PUSH代码，触发持续构建；只有通过质量门禁，才能得到一个有信心的制品；分级构建可以让我们更加快速地得到反馈；而制品晋级才真正地让持续集成流水线流动起来。
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不过，有了一个初始版本的DevOps持续集成流水线还不够，今天我们就继续聊聊DevOps现代化的高阶话题，即如何从持续集成演进到持续部署和持续交付。
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开始学习之前，我想给你提个醒。这节课内容相当长（特别是分支策略这里），本可以拆成两篇甚至三篇。但为了让你一次看个够，我还是决定不拆分。如果你耐心看完，一定可以从根本上理解从持续集成到持续部署的关键知识点。毕竟只有筑牢基础，未来DevOps实践里才可能大展身手。
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## 持续集成
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要想做到真正的持续集成，需要一个与之匹配的代码分支策略。这方面的话题历来就十分有争议，我来说说我的观点。
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### 分支策略：特性分支or基于主干开发？
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要说现在国内最流行的分支策略，非**特性分支（Feature Branch）**莫属，它还有一个更响亮的名字—— [GitFlow](https://nvie.com/posts/a-successful-git-branching-model)。不过，虽然名字叫GitFlow，但它并不是Git官方推荐的做法，而只是Vincent Driessen的发明创造而已。
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不过，国内很多团队刚刚开始使用持续集成工具，其分支策略是在GitFlow基础上的某种变形。
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比如，每个开发人员在开发一个特性时，都会在主分支上拉出自己的特性分支；等开发完成后再合并到QA分支，当持续集成流水线运行成功，制品会部署到QA环境；当QA测试通过后，开发人员再把自己的特性分支合并到UAT分支，进行UAT测试……以此类推，当各个测试环境都测试通过后，再把特性分支合并到发布分支。
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你可以看出，这样的方式是不可能做到制品晋级的。
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#### 特性分支带来的问题
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不管是GitFlow，还是这种变形的特性分支都会造成很多问题。
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首先最大的问题就是**质量隐患**，因为缺少制品晋级的机制，即使所有的特性分支在各测试环境都得到了充分验证，也无法100%保证，所有特性分支合并到发布分支后的制品是可靠的。毕竟只有经过多个环境层层检验的同一个制品，才能让我们放心部署。
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另外，特性分支的好处之一是，可以在发布之前灵活选择哪些特性延迟上线，方法就是不把这个特性分支合并到发布分支。但这同样有很严重的质量隐患。在其他测试环境所测试的制品都包含这个特性分支的代码，但发布分支中的制品却不包含，你必须对所有特性重新测试才能确保它们的正确性。然而这一步却常常被忽略，人们普遍认为只要特性被单独测过了，集成后就仍然是正确的。
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其次，特性分支只有在特性开发完毕后才会合并代码，这样就**无法实现小步提交和持续构建**，更不要说持续集成了。在每个开发周期的前几天，团队成员都刚刚起步，没有代码提交，持续集成服务器可能都不会执行任何构建任务，资源闲置。而在中后期，大家密集地合并代码，又可能导致资源不够用。
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第三，由于合并的时机比较晚，常常会造成大规模的**合并冲突**，不仅如此，在向每个环境的分支上合并时，都要解决一遍合并冲突，十分痛苦。说好的痛苦的事情频繁做呢？有时候为了避免冲突，很多开发人员会选择不去修改原有代码，而是将代码复制出来，只加入自己的修改，造成了大量代码重复。
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乍看上去有点像我们已经讲过的种种模式，但它只“扩张”，不“收缩”，实际上只能增加混乱。而且重构代码是最有可能造成大规模冲突的。我们不得不面对旷日持久的代码合并，彼此合并代码时的怨声载道，这种状况下心情和效率自然都好不了。
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久而久之，团队重构代码的意愿也会逐渐消退，代码质量也就越来越糟，新系统又会向着遗留系统的不归路大步流星。
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最后，由于开发人员在开发完一个需求并合并到QA分支后，就开始着手开发下一个需求了。但此时他还需要时刻想着，将原来的特性分支在不同的时间点合并到其他测试分支，就这样在不同的分支上下文之间来回切换，开发人员除了开发需求外，脑子里还要想着各种跟开发无关的东西，**认知负载相当高**。
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这种分支策略，表面上看是把不同的特性分支当成沙箱，帮助多个开发人员在隔离的环境下并行开发，但实际上它**把软件开发这个团队活动割裂为单个开发人员的单人行为，与DevOps的价值观背道而驰**。说白了，选择等一个需求完全开发完毕再合并，就已经和持续集成渐行渐远了。
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近年来国内流行的 [AoneFlow](https://developer.aliyun.com/article/573549) 分支策略其实也无法解决上述问题，它虽然允许频繁提交代码，但由于要保持本地分支的“干净”，你只能将代码合并到release分支，却不能把release的代码合并（或rebase）到本地。也就是说，代码只在远端集成，本地不能集成。这就导致你每次的合并都将十分头疼。
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而且，当临时有需求延迟发布或者干脆砍掉的时候，虽然AoneFlow的重建发布分支很快，但你想想，这个新发布分支中的所有特性是不是还需要重新测试？
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你可能会说，它们之前已经测过了。但那是在有延迟发布的那个需求代码的基础上测试的，摘掉这些代码后，就不需要测试了吗？对于开发人员，重建分支是分分钟的事情，但对于测试人员，就又得加班加点重测一遍。[说好的团队为质量负责呢？](https://mp.weixin.qq.com/s/u4nzBMhZeSce_tUI6WbWKw)
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#### 最理想的分支策略：基于主干开发
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在我看来，最理想的分支策略是[基于主干开发（Trunk Based Development）](https://trunkbaseddevelopment.com)。这其实是SVN时代就流行的开发方式。在最新的 [2021 DevOps年度报告](https://cloud.google.com/blog/products/devops-sre/announcing-dora-2021-accelerate-state-of-devops-report)中，仍然把基于主干开发作为必备的DevOps能力。同时，在刚刚上市的《加速：企业数字化转型的24项核心能力》这本书中，也推荐了基于主干开发。
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为什么值得推荐，我们先看看这种策略的一般流程。
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* 持续提交：开发人员每日持续提交当天开发的代码，持续构建和集成；
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* 冲突处理：每次提交代码，都会先rebase远端的master代码，这让开发人员有机会在本地解决当前的冲突；
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* 制品晋级：提交的代码经过持续集成流水线产生制品，该制品不断晋级，最终成为生产环境的部署候选。
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* 延迟发布的特性处理：在一开始就预警这种风险，并使用**特性开关（Feature Toggle）**来进行控制，如果需要延迟，就将开关关闭，只部署但并不交付这个特性，由于开关关闭的场景早就在多个环境下验证过了，测试人员也不需要加班。
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因为采用了基于业务场景的任务分解和小步提交，理论上每个commit都能提供业务价值，也是可以部署和交付的。
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由于代码直接PUSH，你根本不用在本地建立分支，而直接在本地的主干分支上开发即可。每一个commit都是可以提交甚至交付的，所以无需担心其他高优先级的工作影响本地分支。你可以立即PUSH当前已经commit的代码，着手新的工作。即使有时当前代码无法提交，也可以建立一个临时分支，或者暂时stash代码。
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而我们一直头疼的冲突处理也被分解了，它内嵌到每次提交代码中，因为团队日常始终在频繁多次地解决这些冲突，所以冲突都不会太大。
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在这种策略下，所有的代码变更（包括revert的代码）都会走一遍流水线，产生新的制品，这也是一种增量的思想。而不是像其他策略那样，靠是否合并到特定分支来决定代码的去留。
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你会发现，只有做好任务分解和小步提交，才能做到持续PUSH代码；只有写好单元测试，才有信心PUSH代码；只有引入特性开关，才能无所畏惧地PUSH代码。主干开发和上节课讲的诸多DevOps实践是一脉相承的。
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然而很多团队认为主干开发的门槛太高，任务分解、小步提交、单元测试、特性开关这些实践对开发人员要求过高，普通的团队无法达到这样的要求。但我认为这并不是人员能力的问题，因为很多互联网大厂也无法做到这一点，是他们的能力不行吗？显然不是。这其实是团队文化的问题。
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### DevOps文化
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DevOps其实不是一个角色，而是一种文化，一种价值观。任务分解、小步提交等实践与其说是开发技能，不如说是团队协作、快速反馈等价值观在技术实践上的投影。我们拿持续集成流水线的纪律来举个例子。
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一般持续集成做得好的团队，都会贯彻这样的流水线纪律：
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* 如果当前CI的状态是红色，则禁止提交新的代码
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* 如果15分钟内不能快速修复，就revert刚才PUSH的代码，重新提交
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* 尽量频繁地触发CI，比如一天N次
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* CI失败不过夜
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* 一旦提交代码，要监控CI状态，直到全部通过（或提交构建通过，次级构建开始），才能着手其他工作
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这样的纪律背后，隐藏的是团队协作、责任共享、快速反馈的DevOps价值观。CI是团队的CI，一个人把CI“搞挂了”，其他人就不能再次提交，要等他修复；如果短时间无法修复，则revert代码，不要影响其他人；尽量频繁地提交代码，让其他人可以跟你的代码更早地集成；CI失败如果过夜，第二天早上早来的同事就无法提交代码；负责任地监控CI状态，得到失败的反馈后第一时间着手修复；只有修复了或revert了，才是有效的反馈，如果置之不理，则是无效的反馈。
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而基于特性分支开发，代码提交频率低且代码量大，导致CI挂掉的可能性非常高。为了避免影响其他人提交，开发团队只能退而为每次提交提供单独的CI服务器。团队协作进一步割裂，产出的制品也无法部署。
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如果DevOps文化没有融入整个团队，那么各种DevOps实践都会打折扣，充其量也就是能做到用工具来辅助构建和打包，无法做到持续构建和持续集成。
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我曾在一个50~80人的开发团队中工作6年，团队中三年以下工作经验的初级开发人员超过半数，然而基于主干开发的分支策略运转良好。所以这根本不是能力的问题，而是文化的问题、意愿的问题、魄力的问题。
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### 需求管理
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当然主干分支+特性开关的策略并不是毫无缺点的，特别是当需求变化较大，多个特性开关并存且存在交叉的情况下，这些都有可能成为定时炸弹。这时，需求管理就需要变革了。
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一方面，有可能不会上线的需求要提前预警，让开发人员准备特性开关。另一方面，要把需求的粒度砍小。
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为什么要砍小呢？我们可以从开发侧来倒推。我们所提倡的任务分解和小步提交，前提就是需求的粒度足够小，这样代码提交的粒度才能随之变小。
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如果还是传统的大需求，这中间自然需要一个拆解过程，把需求从粗粒度拆分成细粒度，进而分解成足够小的开发任务。不过拆分需求并非开发人员擅长的，而是需求分析人员的本职工作。
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再者，如果一个大需求需要几个月开发完成，需求方就只能在最后阶段才能看到做成了什么样子。一旦与想要的不符，就要推倒重来，造成了巨大的浪费。细粒度的需求可以在早期就向客户展示部分已完成的内容，确保方向的正确性。
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这时，需求管理不但要需求分析人员转变工作方式，连需求方都要一并加入，用细粒度的用户故事替代落后的需求文档。
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### Code Review
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还有一个影响持续集成的原因，是目前普遍存在的基于Pull Request的Code Review方式。
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你的团队是不是这样做Code Review的？开发人员开发完特性，commit完代码，申请一个Pull Request，并选择一个高级开发人员进行Code Review。这名高级开发人员在Review完成后，才会合并代码，触发持续集成流水线。
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你发现这样做的问题了吗？你根本不知道你提交的代码在什么时候合并，什么时候触发CI。提完PR后，你会跟自己的代码“失联”多久是未知的。于是你着手其他工作，等发现CI挂掉，又不得不切换回上个特性分支修复。
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而在基于主干的分支策略下，代码是直接PUSH的，而无需使用PR。你可以立即得到CI的反馈。秉承极限编程的理念，既然Code Review是好的，那么就频繁地去做。
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所以,可以尝试每日Code Review。每天一个固定的时间，团队成员围在一台显示器前或者会议室的大电视前，集体Code Review，每个人都能知道其他人在做的事情，尽早知道是否会影响自己的开发，也能在其他人遇到困难的时候，第一时间伸手帮忙。
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为了实现更高效的Code Review，你还可以在commit代码的时候使用一些小技巧。
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比如在使用并行运行模式的时候，你需要复制代码。你可以在复制完代码后立即commit一次，然后再在复制后的代码上修改，继续commit。这样做的好处是，第二次commit和第一次commit的代码是可以看出差别的，有利于Code Review。否则，如果复制出来直接修改，那么就只能看到修改后的代码，无法diff你的修改了。
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## 持续部署
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当团队内部形成了良好的DevOps文化之后，你就可以考虑加快部署频率了。
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### 高频发布
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[2017年的DevOps年度报告](https://puppet.com/resources/report/2017-state-devops-report)中指出，Amazon和Netflix每天的部署次数高达数千次。报告还给出了高效组织的部署频次约为每天4次，每年1460次；中等组织每年部署32次；而低效组织每年部署7次。
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你可能会问，每天可以部署这么多次，有什么好处呢？其实，这种高频发布跟任务分解、小步提交等实践，都遵循了增量演进的思想。部署的频率越高，每次部署的风险和成本也越低，部署时间和Bug修复的时间也越少。此外，由于你能更快速地得到真实用户的反馈，也能及时调整产品演进的方向。
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### 自动化部署
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要做到高频次地发布，首先要实现部署的自动化，也就是在持续集成流水线中加上部署的阶段。这样，每一次代码PUSH所触发的集成，最终都能部署到服务器上。
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在遗留系统中，部署总是最头疼的问题。通常需要一个专门的发布团队，停机数小时甚至更久，按照部署手册依次进行抽取软件包、准备并执行数据库脚本、复制文件等操作。
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而要做到自动化部署，你需要为每个阶段准备部署脚本，使用部署流水线来管理部署的过程，对不同的环境也尽量使用同一套部署脚本，并把脚本纳入到代码版本管理中。
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在尝试之初，你可以只把持续部署到测试环境这条链路打通。毕竟对于大多数系统，还是需要经过手动测试，才能部署到生产环境的。但即使你只能做到每一行代码提交都能持续部署到测试环境，也已经超越了绝大多数软件项目。
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### 低风险发布
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其次，要构建低风险发布策略，将发布风险降到最低。低风险发布策略，是指在部署过程中不要影响正常的业务行为，要让用户无感知；一旦部署失败，需要尽快回滚到正常状态，尽量减少对客户的影响。
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低风险发布策略包括蓝绿部署、滚动部署、金丝雀发布等。
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**蓝绿部署（blue-green deployment）**是指准备两套完全一样的运行环境，即生产环境（蓝环境）和预生产环境（绿环境）。
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在部署时，先在绿环境中部署，并测试验收。在确认没有问题后，再将请求引流到绿环境，而蓝环境则仍然保持旧版本。当确定新版的部署没有问题后，绿环境升级为生产环境，而蓝环境则变为预生产环境，等待下次部署。
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由于蓝绿部署并不会造成停机，新的生产数据一直在产生，这样就会给环境切换造成一定的困难。
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因此，很多蓝绿部署方案都会采用共享数据库的方式，同时对数据迁移脚本做兼容性处理，让共享的数据库可以应对新旧两个版本的系统。比如在修改字段时使用扩张-收缩模式，先增加字段，并做数据迁移。这样，数据库就可以运行在新旧两个版本上了。当新版本确认没问题后，在下次部署的时候再删掉老字段。
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蓝绿部署需要准备两个完全一样的环境，有没有比它更节省资源的策略呢？
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这种策略就是**滚动部署（rolling deployment）**，即在服务集群中选择一个或多个服务单元，先对这些服务单元进行部署，然后投入使用，并开始部署其他服务单元。如此循环直到所有单元都部署完毕。
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上面的两种部署方式是从物理的角度隔离新旧版本，而[金丝雀发布（Canary Release）策略](https://martinfowler.com/bliki/CanaryRelease.html)则引入了用户的维度。比如在蓝绿部署或滚动部署中引入了新版本后，并不是将所有流量都引流到新版本，而是只对一小部分用户开放，以快速验证，从而降低发布风险。
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在实际操作中，可以让生产环境的测试用户作为金丝雀用户，测试人员在生产环境进行测试和验证，这样能在一定程度上做到QA in Production。这时你会发现，你可能都不需要那么多的测试环境了。
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金丝雀发布还可以延伸成为灰度发布，即当金丝雀用户验证通过后，不立即开发给全部用户，而是按照一定阶段逐步开放给所有用户。有的时候你会发现，你和别人用着同样版本的手机App，但却没有别人的功能，那可能就是还没有“灰度”到你。
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### 应用回滚
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哪怕我们已经将发布风险降到最低，也不代表零风险。当发布出现问题的时候，要及时将系统“回滚”到上一个稳定的版本。
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这里说的“回滚”并不是指像数据库回滚事务那样，从逻辑上逆向执行一遍所有代码增量；也不是指revert所有这次部署的代码提交，重新走一遍流水线，产生新的制品，进而部署，而是指部署上一个稳定的版本。这个稳定版本是相对可靠的，没必要产生新的制品了。
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但这时可能会需要一定程度的人工介入，如果你的流水线执行速度相当快、质量相当高，也可以revert代码并重新产生制品。
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如果发生问题的部分包含特性开关，也可以关闭开关来规避问题。同时，数据库的结构要做到向下兼容。一般回滚部署时，只回滚应用程序，而不要回滚数据库，否则会造成数据丢失等问题。
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就算你只做到了持续部署到测试环境，低风险发布策略和应用回滚也是有必要的，毕竟在如此高频的发布下，测试人员的工作是不能被阻塞的。
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## 小结
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总结一下今天的内容。我们首先用了不少篇幅讨论了分支策略。这是一个充满争议的话题，每次对于 [GitFlow的批判](https://insights.thoughtworks.cn/gitflow-consider-harmful)，都会引发[热议](https://ruby-china.org/topics/29263)。因此，我也只是抛出我的观点，如果你有不同想法，欢迎在评论区留下你的想法。
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你会发现，**只有应用了主干开发，遗留系统现代化的增量演进原则才能更好地贯彻**。每次增量演进都能及时PUSH到主干，从而过一遍持续集成流水线，并部署到各个环境。而如果是特性分支策略，你会不自觉地等着全部完成后再合并代码。
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灵活的分支功能是Git的一大亮点，但它并不是为了开发特性而设计的。利用特性分支在本地长期保存多份代码版本，这是对Git分支的滥用，增加了不必要的认知负载。
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虽然应用主干开发也具备一定的认知负载，但这些都属于内在认知负载，一旦掌握就一劳永逸。而不像特性分支所带来的外在认知负载那样，需要时刻想着这个想着那个。
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另外还要说的一点是，**不要因为忌惮代码合并而回避代码重构**。
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此外，我们还介绍了团队协作、责任共享、快速反馈的DevOps文化，以及要适应这种文化，需要在需求管理方面做出的转变。
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我这里总结了一个对于持续集成的建议，希望你和团队能够不畏艰难，勇于尝试：
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最后，我们还学习了持续部署相关的内容。尽管遗留系统看上去离做到持续部署还很遥远，但低风险发布和应用回滚等策略对遗留系统现代化是非常有价值的。
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比如我们常说的增量演进原则，以及抽象分支、扩张收缩模式的应用，在测试和交付时都会用到蓝绿部署和灰度发布等低风险发布策略。而一旦发生问题，就会关闭开关，将应用回滚。
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到这里，我们关于DevOps现代化的内容就全部讲完了。从单次构建，到持续构建，到持续集成，到持续部署和持续交付，这是一条漫长又美好的演进之旅。
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现在国内很多传统企业都开始做DevOps转型，这是一个好现象，也是企业遗留系统现代化，以及数字化转型的必经之路。
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[下节课](https://time.geekbang.org/column/article/520553)，我们一起来学习最后一个现代化：团队结构现代化。一起来看看为什么遗留系统需要调整团队结构。
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## 思考题
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感谢你学完了今天的内容，今天的思考题请你分享一下你们团队的分支策略，它们有哪些优点和缺点？解决了哪些问题，又带来了哪些问题？
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期待你的分享，如果你觉得这节课对你有帮助，别忘了分享给你的同事和朋友，我们一起拥抱DevOps。
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