本文先介紹了系統構建的先決技術與實踐，自動化構建、版本控制，並給出了Java環境下一些構建工具，然後分別介紹了持續集成（CI）、持續交付和持續部署（CD）的概念及其優勢，並在最後給出了一些最佳實踐，如確保部署一致、保證良好的測試覆蓋率等。
現代軟件開發的需求加上部署到不同基礎設施的複雜性使得創建應用程序成爲一個繁瑣的過程。當應用程序出現規模性增長，開發團隊人員變得更分散時，快速且不斷地生產和發佈軟件的流程將會變得更加困難。
爲了解決這些問題，開發團隊開始探索新的策略來使他們的構建、測試和發佈流程自動化，以幫助其更快地部署新的生產。這就是持續交付和持續集成發展的由來。
本文將介紹什麼是CI/CD並且它是如何幫助團隊迅速開發部署經過充分測試、可靠的軟件。在瞭解CI/CD及其優勢之前，我們應該討論這些系統構建的一些先決技術和實踐。
自動構建流程
在軟件開發過程中，構建流程會將開發人員生成的代碼轉換爲可執行的可用軟件。對於Go或者C語言等編譯語言，此階段需要通過編譯器運行源代碼以生成獨立的二進制文件。對於Python或PHP等解釋性語言，沒有編譯的步驟，但是代碼依舊需要在特定的時間內凍結、綁定依賴項、打包以便於分發。這些過程通常稱爲“構建”或“發佈”的工件。
雖然開發人員可以手動構建，但這樣操作有諸多不利。首先，從主動開發到創建構建的轉變中引入了上下文轉換，使得開發人員不得不停止生產效率更高的工作來專注於構建過程。其次，每個開發人員都在製作自己的工件，這可能導致構建過程不一致。
爲了解決這些顧慮，許多開發團隊配置了自動構建流水線。這些系統監視源代碼存儲庫，並在檢測到更改時自動啓動預配置的構建過程。這一配置無需牽涉過多的人力在其中並且確保了每個構建過程一致。
市場上有許多幫助用戶自動化這些步驟的構建工具，以下列出了在Java生態下比較受歡迎的構建工具：
- Ant：Apache Ant是一個開源Java庫，創建於2000年。它是Java領域的原始構建工具，至今仍然被頻繁使用。
- Maven：Apache Maven是一個自動化構建工具，主要是爲Java項目編寫的。不同於Apache Ant，Maven遵循約定優於配置的原則，僅需要針對偏離合理默認值的構建過程的方面進行配置。
- Gradle：在2012年推出的1.0版本中，Gradle嘗試通過結合Maven的現代功能來融合Ant和Maven的優勢，同時又不失Ant提供的靈活性。構建指令是用一種名爲Groovy的動態語言編寫的。儘管在這個領域，這是一個相對比較新的工具，但它已被廣泛採用。
版本控制
大部分現代軟件開發需要在共享的代碼庫中進行頻繁協作。版本控制系統（VCS）用於幫助維護項目歷史記錄，並行處理離散特徵，以及解決存在衝突的更改。VCS允許項目輕鬆採用更改並在出現問題時回滾。開發人員可以在本地計算機上處理項目，並使用VCS來管理不同的開發分支。
記錄在VCS中的每個更改都稱爲提交。每個提交都對代碼庫的更改進行編目分類，元數據也包含在其中，例如關於查看提交歷史記錄或合併更新的描述。
圖1 分佈式版本控制
雖然版本控制是一個十分有價值的工具，它能幫助管理在單一代碼庫中許多不同的更改。但分佈式開發通常會爲其帶來挑戰。在沒有定期合併到共享集成分支的情況下在代碼庫的獨立分支中進行開發可能會使以後合併更改變得困難。爲了避免這一情況，開發人員開始採納持續集成實踐。
持續集成（CI）
持續集成（CI）是一個讓開發人員將工作集成到共享分支中的過程，從而增強了協作開發。頻繁的集成有助於解決隔離，減少每次提交的大小，以降低合併衝突的可能性。
爲了鼓勵CI實踐，一個強大的工具生態已經構建起來。這些系統集成了VCS庫，當檢測到更改時，可以自動運行構建腳本並且測試套件。集成測試確保不同組件功能可以在一個組內兼容，使得團隊可以儘早發現兼容性的bug。因此，持續集成所生產的構建是經過充分測試的，並且是完全可靠的。
圖2 持續集成的過程
持續交付和持續部署（CD）
持續交付和持續部署是在構建持續集成的基礎之上的兩種策略。持續交付是持續集成的擴展，它將構建從集成測試套件部署到預生產環境。這使得它可以直接在類生產環境中評估每個構建，因此開發人員可以在無需增加任何工作量的情況下，驗證bug修復或者測試新特性。一旦部署到staging環境中，就可能需要進行額外的手動和自動測試。
持續部署則更進一步。一旦構建在staging環境中通過了自動測試，持續部署系統將會自動將它部署到生產服務器上。換言之，每個通過測試的構建都是實時的，可供用戶及早反饋。這使得團隊可以不斷髮布新特性和修復bug，並以其測試流程提供的保證爲後盾。
圖3 CI / CD流程路線圖
CI/CD的優勢
持續集成、交付和部署對軟件開發過程有顯著的改進。下文將簡單介紹一些CI/CD的主要優勢：
快速反饋迴路
對於一個快速的開發週期，快速反饋迴路顯得尤爲重要。爲了能夠實時接收反饋，軟件必須迅速觸達終端用戶。而CI / CD可以通過簡化更新生產部署來提供實現此目標的平臺。通過要求每個更改都經過嚴格的測試，CI可以幫助降低每個構建的相關風險並因此使得團隊可以便捷地向用戶發佈有價值的特性。
增加可見度
CI/CD通常是指將IT流程的各個步驟按序列組成一條流水線，且該流水線對整個IT團隊（包括開發、測試、運維等團隊）均可見。因此，每個團隊成員可以跟蹤系統中的構建狀態並且可以確定任何導致測試失敗的構建。團隊成員通過深入瞭解代碼庫的當前狀態，可以更輕鬆地規劃最佳行動方案。這樣的可見度爲這一問題提供了一個明確的答案——“我提交的更改是否破壞了構建？”
簡化故障排除
儘管CI的目標是集成並測試每個發生在代碼庫中的更改，但是更安全的方式是每次提交都是小型的並儘早將它們合併到共享代碼存儲庫中。如此，當找到bug時，確定和問題相關的更改會更加容易。畢竟，根據問題的嚴重程度，團隊可以選擇回滾或編寫並提交修復，從而減少生產中解決問題的時間。
軟件質量更高
自動化構建和部署流程不僅縮短了開發週期，而且幫助團隊開發出品質更好的軟件。因爲每個更改都會經過充分的測試並且至少會部署在一個預生產環境中，因此團隊可以毫無顧慮地將更改部署到生產中。不過，只有當代碼庫的所有級別，從單元測試到更復雜的系統測試，都有良好的測試覆蓋率時，才能實現這一點。
集成問題更少
因爲自動化測試套件在每次提交時自動生成的構建上運行，所以可以儘早檢測並修復集成問題。這使開發人員能夠及早了解當前正在進行的工作是否可能影響其代碼。它會在一開始就測試由不同貢獻者編寫的代碼是否兼容，而不是在之後可能出現其他問題的時候纔開始測試。
有更多的時間專注於開發
CI/CD系統依賴自動化來生產構建並且通過流水線來遷移新的更改。由於不需要手動干預，因此構建和測試不再佔用開發團隊大塊的時間。進而開發人員可以心無旁騖地對代碼庫進行有效的更改，因爲如果構建過程中出現任何問題，自動化系統會通知他們。
持續集成和交付的最佳實踐
既然我們已經瞭解了使用CI/CD的一些優勢，那麼接下來，我們將討論一些指導原則來幫助您成功實現這些流程。
對CI / CD流水線負責
開發者直到更改被部署到預生產環境中，才無需對其提交的代碼負責。這意味着開發者必須確保他們的代碼集成正確並且隨時可以部署。如果提交的更改違反了這些要求，則開發人員有責任快速提交修復以避免影響其他人的工作。構建失敗應該暫停流水線並阻止不參與修復故障的提交，這使得快速解決構建問題變得至關重要。
確保部署一致
部署過程不需要手動操作，反而流水線需要自動部署流程以確保一致性和可重複性。這減少了將破壞性構建推向生產的可能性，並有助於避免出現一些難以重現的、未經測試的配置。
將代碼庫提交到版本控制
將每次更改提交到版本控制是十分重要的。這會幫助團隊審覈所有提交的變更並且讓團隊可以簡單地還原出現問題的提交。同時，也可以保持配置、腳本、數據庫和文檔的完整性。如果沒有版本控制，特別是當多人使用同一個代碼庫時，會非常容易丟失配置和代碼更改或對其處理不當。
提交小的、漸進的更改
開發人員一定要牢記：更改必須是小的。因爲等待引入更大批量的更改會延遲測試反饋，會更難以確定問題的根本原因。
良好的測試覆蓋率
由於CI / CD的目的是減少手動測試，因此整個代碼庫應該有一個良好的自動化測試覆蓋率，以確保軟件按預期運行。此外，還應該定期清理冗餘或過時的測試以避免影響流水線。
測試套件中不同類型測試的比例應和“測試金字塔”模型相似。大多數測試應該是單元測試，因爲它們擁有基本功能的同時還可以快速執行。此外，還要有較少數量的集成測試，以確保組件可以一起成功運行。最後，應在測試周期結束時包含少量回歸、UI、系統和端到端測試，以確保構建滿足項目的所有行爲要求。可以使用像JaCoCo這樣的工具來確定測試套件涵蓋了多少代碼庫。
圖4 測試金字塔
結 語
CI/CD的出現大大提高了開發團隊的生產效率，縮短了開發週期。其敏捷、穩定、可靠的特性，也越來越被企業所青睞與需要。本文先介紹了系統構建的先決技術與實踐，自動化構建、版本控制，並給出了Java環境下一些構建工具，然後分別介紹了持續集成（CI）、持續交付和持續部署（CD）的概念及其優勢，並在最後給出了一些最佳實踐，如確保部署一致、保證良好的測試覆蓋率等。希望能幫助大家釐清CI/CD的特性及功能，同時也希望CI/CD的初學者能藉由本文得以入門。