把H2數據庫從jar包部署到Kubernetes，並解決Ingress不支持TCP的問題

• 2020 年 8 月 13 日
• 筆記
• JAVA

1 前言

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H2 Database是一個優秀的數據庫，又小又方便，支持內存和文件形式，經常會在測試、POC(proof of concept)或開發環境用到它。在Springboot的許多應用中，也是內置了H2數據庫，很常用。接下來我們來一步步把它推上k8s，讓它坐上一個不一樣的位置。

建議閱讀下面文章以幫助理解：

Kubernetes用Helm安裝Ingress並踩一下使用的坑

容器技術相關文章

2 本地jar包運行

2.1 下載和啟動

下載官網jar包如下：

$ curl //www.h2database.com/h2-2019-03-13.zip -o h2-2019-03-13.zip

解壓：

$ unzip h2-2019-03-13.zip

啟動H2數據庫：

$ java -cp h2/bin/h2*.jar org.h2.tools.Server -ifNotExists
TCP server running at tcp://localhost:9092 (only local connections)
PG server running at pg://localhost:5435 (only local connections)
Web Console server running at //localhost:8082 (others can connect)

如果需要修改配置，如端口號、數據存儲目錄，可以在啟動時添加參數：

java -cp h2/bin/h2*.jar org.h2.tools.Server -ifNotExists \
 	-web -webAllowOthers -webPort 8082 \
 	-tcp -tcpAllowOthers -tcpPort 9092 \
 	-baseDir ${DATA_DIR} ${H2_OPTIONS}

2.2 配置連接

成功啟動後訪問//localhost:8082就能登陸控制台了。如下：

Driver Class：org.h2.Driver，驅動類；

JDBC URL：jdbc:h2:mem:pkslow，使用內存數據庫，數據庫名為pkslow；

賬號密碼設置為admin/123456。

設置完成後，點擊連接即可創建數據庫。

如果我們把JDBC URL改為jdbc:h2:file:~/pkslow，就是以文件形式存在，這樣能把數據持久化，所以我們採取這種方式。這裡就會在~目錄，即${HOME}目錄生成文件pkslow.mv.db以保存數據。還有文件 ~/.h2.server.properties。

更多URL的配置方法如下表：

3 在Docker運行

3.1 創建鏡像並啟動

編寫Dockerfile文件：

FROM adoptopenjdk/openjdk8-openj9:latest
COPY h2/ h2/
ENV DATA_DIR /opt/h2-data
RUN mkdir -p ${DATA_DIR}
EXPOSE 8082 9092
ENTRYPOINT java -cp h2/bin/h2-1.4.199.jar org.h2.tools.Server -ifNotExists \
 	-web -webAllowOthers \
 	-tcp -tcpAllowOthers \
 	-baseDir ${DATA_DIR} ${H2_OPTIONS}

這裡把數據存儲文件放在/opt/h2-data目錄上，使用默認端口，所以只對外暴露8082/9092端口。

通過Dockerfile創建鏡像：

$ docker build -t h2:1.4.199 .

啟動Docker容器：

$ docker run -itd --name h2 -p 8082:8082 -p 9092:9092 h2:1.4.199

3.2 通過Web和TCP方式連接

3.2.1 Web界面連接

成功啟動後，訪問//localhost:8082配置連接如下：

進入容器，查看在/opt/h2-data目錄生成了存儲文件：

$ docker exec -it h2 /bin/bash
root@0121e369b933:/opt/h2-data# l
test.mv.db

3.2.2 TCP方式連接

通過IDEA配置連接H2時要注意路徑，通過TCP方式，不用加baseDir，配置為jdbc:h2:tcp://localhost:9092/test。如果要加，應該配置為jdbc:h2:tcp://localhost:9092//opt/h2-data/test。

4 部署在Kubernetes上運行

4.1 部署上Kubernetes看看

4.1.1 創建PersistentVolumeClaim

PersistentVolumeClaim，簡稱PVC，是Kubernetes用於存儲的單元，為了可以使H2的數據持久化，在Pod死掉後重啟數據不丟失，我們來創建對應的PVC：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: h2-db
  labels:
    app: h2-db
  annotations:
    volume.alpha.kubernetes.io/storage-class: default
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 0.05Gi

這裡空間只給0.05G，反正實驗為主，不作其它用途。

4.1.2 創建Deployment

這裡最關鍵的是要注意PVC的配置：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: h2-db
  labels:
    app: h2-db
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: h2-db
  template:
    metadata:
      labels:
        app: h2-db
    spec:
      containers:
      - image: h2:1.4.199
        name: h2-db
        ports:
          - containerPort: 8082
            name: h2-web
          - containerPort: 9092
            name: h2-tcp
        volumeMounts:
          - name: data
            mountPath: /opt/h2-data
      volumes:
      - name: data
        persistentVolumeClaim:
          claimName: h2-db

mountPath對應的是之前在製作Docker鏡像時指定的路徑。

4.1.3 創建Service和Ingress

Service和Ingress對應的yaml文件如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: h2-db
  labels:
    app: h2-db
spec:
  ports:
    - port: 8082
      name: web
    - port: 9092
      name: tcp
  selector:
    app: h2-db
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: h2-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
spec:
  rules:
    - http:
        paths:
          - path: /
            backend:
              serviceName: h2-db
              servicePort: 8082
      host: h2-web.localhost
    - http:
        paths:
          - path: /
            backend:
              serviceName: h2-db
              servicePort: 9092
      host: h2-tcp.localhost

4.1.4 訪問

Web方式簡單，通過訪問//h2-web.localhost/配置連接即可。

TCP方式就麻煩了，無論如何配置，死活連不上。具體原因接下來繼續討論。

4.2 讓Ingress支持TCP

之前TCP連不上的原因是Ingress是不支持TCP路由轉發的，雖然Ingress是基於Nginx，而Nginx又可以轉發代理TCP/UDP。那就來探索一番吧。

4.2.1 修改nginx-ingress-controller

為了讓它支持TCP/UDP，我們要修改Ingress-Controller，在它的配置文件增加參數：

- --tcp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/tcp-services
- --udp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/udp-services

在下面內容中插入：

containers:
- args:
  - /nginx-ingress-controller
  - --default-backend-service=default/pki-nginx-ingress-default-backend
  - --election-id=ingress-controller-leader
  - --ingress-class=nginx
  - --configmap=default/pki-nginx-ingress-controller
  - --tcp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/tcp-services
  - --udp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/udp-services

4.2.2 添加tcp-services config

上面的Controller指定了tcp-services的ConfigMap，那我們就添加上：

kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: tcp-services
  namespace: default
data:
  "9092": default/h2-db:9092

其中，"9092": default/h2-db:9092表示：<Nginx port>: <namespace/service name>:<service port>:[PROXY]:[PROXY]，我們這樣配置相當於把Nginx的9092端口，指向H2的9092端口。

4.2.3 修改Ingress Service的端口

在只有http/https的基礎上，增加H2配置：

spec:
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
  - name: http
    nodePort: 32231
    port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: http
  - name: https
    nodePort: 30370
    port: 443
    protocol: TCP
    targetPort: https
  - name: h2-tcp
    nodePort: 30371
    port: 9092
    protocol: TCP
    targetPort: 9092

4.2.4 連接使用

完成以上步驟後，就可以連接了，如下：

配置後連接成功。

5 總結

至此，我們一步步從jar包到部署H2 Database上Kubernetes，希望大家能從整個過程學到一些知識吧。我們解決了之前安裝Ingress不支持TCP的問題，但始終不是一個太好的方案。如果我們把連接數據庫的應用都部署在Kubernetes上，那就沒有必要把H2 TCP暴露出去了。

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