6. Слои и кэш

Каждый Docker-образ состоит из слоёв — неизменяемых (иммутабельных) файловых систем, объединённых с помощью Union File System. Понимание механизма слоёв и кеширования позволяет значительно ускорить сборку образов.

Как формируются слои

Каждая инструкция RUN, COPY и ADD в Dockerfile создаёт новый слой. Инструкции FROM, ENV, ARG, EXPOSE, CMD, ENTRYPOINT, WORKDIR — создают мета-слои, не занимающие дискового пространства.

FROM node:20-alpine          # Слой 1: базовый образ (~130 MB)
WORKDIR /app                 # Мета-данные
COPY package*.json ./        # Слой 2: файлы зависимостей (~10 KB)
RUN npm ci                   # Слой 3: node_modules (~50 MB)
COPY . .                     # Слой 4: исходный код (~5 MB)
CMD ["node", "server.js"]    # Мета-данные

Механизм кеширования

Docker кеширует каждый слой. При повторной сборке Docker проверяет каждую инструкцию:

1. Если инструкция и её контекст не изменились → используется кеш
2. Если что-то изменилось → пересобираются этот и все последующие слои

Это ключевое правило: как только кеш инвалидируется, все последующие слои пересобираются заново.

docker build .

Step 1/6 : FROM node:20-alpine
 ---> 3a1e2b23a4f1        # кеш
Step 2/6 : WORKDIR /app
 ---> Using cache         # кеш
Step 3/6 : COPY package*.json ./
 ---> Using cache         # кеш (package.json не изменился)
Step 4/6 : RUN npm ci
 ---> Using cache         # кеш (зависимости не изменились!)
Step 5/6 : COPY . .
 ---> abc123def456        # пересборка (код изменился)
Step 6/6 : CMD ["node", "server.js"]
 ---> Rebuilt             # пересборка

Неправильный порядок vs правильный

Порядок инструкций критически важен для эффективного кеширования:

❌ Плохой Dockerfile — долгая пересборка:

FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY . .          # Копируем всё сразу — кеш сбивается при любом изменении кода!
RUN npm install   # Пересобирается каждый раз
CMD ["node", "app.js"]

✅ Хороший Dockerfile — быстрое кеширование:

FROM node:20-alpine
WORKDIR /app
COPY package*.json ./   # Сначала только зависимости
RUN npm ci              # Этот слой кешируется, если package.json не менялся
COPY . .                # Код копируем ПОСЛЕ установки зависимостей
CMD ["node", "app.js"]

Теперь при изменении только кода приложения npm install не нужно запускать заново — его результат уже закеширован.

Инспектирование слоёв

# История слоёв образа с размерами
docker history nginx

IMAGE          CREATED      CREATED BY                                      SIZE
a6bd71f48f68  3 weeks ago  /bin/sh -c #(nop) CMD ["nginx" "-g" "daemon...  0B
<missing>      3 weeks ago  /bin/sh -c #(nop) EXPOSE 80                    0B
<missing>      3 weeks ago  /bin/sh -c set -x && ... install nginx          45.4MB

# Просмотр с полными командами
docker history --no-trunc nginx

# Дайвер для детального анализа (инструмент dive)
dive nginx

Оптимизация слоёв

Объединение RUN-команд:

# ❌ Три слоя по 10 MB каждый = 30 MB
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y curl
RUN rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# ✅ Один слой = ~10 MB (кеш apt удаляется в том же слое)
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y curl && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

Использование .dockerignore:

node_modules/
.git/
.env
*.log
dist/
coverage/
.DS_Store

BuildKit и параллельная сборка

Docker BuildKit (включён по умолчанию с Docker 23+) улучшает производительность:

• Параллельная сборка независимых слоёв
• Улучшенное кеширование (включая удалённый кеш)
• Поддержка монтирования секретов и SSH

# Включить BuildKit для старых версий
DOCKER_BUILDKIT=1 docker build .

# Сборка с отображением прогресса
docker build --progress=plain .