Dockerマルチステージビルド：最適化された本番イメージの作成

Shunku
#Docker#Containers#DevOps

マルチステージビルドは、ビルド時の依存関係とランタイム要件を分離することで、軽量な本番イメージを作成できる強力なDockerfile機能です。この記事では、クリーンで保守しやすいDockerfileを維持しながら、イメージサイズを大幅に削減する方法を解説します。

シングルステージビルドの問題

従来のシングルステージビルドは、すべてを最終イメージに含めます：

# シングルステージビルド - 悪い例
FROM node:18

WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 最終イメージに含まれるもの:
# - Node.jsランタイム（〜1GB）
# - すべての開発依存関係
# - ソースコード
# - ビルドツール
# 結果: 1.5GB以上のイメージ

このアプローチの結果：

  • 大きなイメージサイズ（MBではなくGB）
  • 不要なツールによるセキュリティリスク
  • デプロイの遅延
  • ストレージと帯域幅の浪費

マルチステージビルドの基本

マルチステージビルドは複数のFROM文を使用し、各ステートメントが新しいビルドステージを開始します：

# ステージ1: ビルド
FROM node:18 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# ステージ2: 本番
FROM node:18-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/node_modules ./node_modules
CMD ["node", "dist/server.js"]

flowchart LR
    subgraph Build["ビルドステージ"]
        B1["node:18 (1GB)"]
        B2["npm install"]
        B3["npm run build"]
    end

    subgraph Prod["本番ステージ"]
        P1["node:18-alpine (150MB)"]
        P2["dist/のみコピー"]
        P3["最終イメージ (200MB)"]
    end

    Build -->|"COPY --from"| Prod

    style Build fill:#ef4444,color:#fff
    style Prod fill:#22c55e,color:#fff

主要な概念

名前付きステージ

# 明確さのためにステージに名前を付ける
FROM node:18 AS builder
# ...

FROM nginx:alpine AS production
COPY --from=builder /app/dist /usr/share/nginx/html

ステージからのコピー

# 名前付きステージからコピー
COPY --from=builder /app/dist ./dist

# インデックス（0始まり）でステージからコピー
COPY --from=0 /app/dist ./dist

# 外部イメージからコピー
COPY --from=nginx:alpine /etc/nginx/nginx.conf /etc/nginx/

特定のステージをビルド

# 特定のステージまでのみビルド
docker build --target builder -t myapp:builder .

# 用途:
# - ビルドステージのテスト
# - 開発イメージの作成
# - CI/CDパイプライン

実践的な例

Node.jsアプリケーション

# ステージ1: 依存関係
FROM node:18-alpine AS deps
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci --only=production

# ステージ2: ビルド
FROM node:18-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci
COPY . .
RUN npm run build

# ステージ3: 本番
FROM node:18-alpine AS production
WORKDIR /app

# 非rootユーザーを作成
RUN addgroup -S nodejs && adduser -S nodejs -G nodejs

# 必要なものだけをコピー
COPY --from=deps /app/node_modules ./node_modules
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package.json ./

USER nodejs
EXPOSE 3000
CMD ["node", "dist/server.js"]

Goアプリケーション

Goはマルチステージビルドに最適です。静的バイナリにコンパイル：

# ステージ1: ビルド
FROM golang:1.21-alpine AS builder
WORKDIR /app

# 依存関係をダウンロード
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download

# 静的バイナリをビルド
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o main .

# ステージ2: 本番（scratch = 空のイメージ）
FROM scratch
COPY --from=builder /app/main /main
COPY --from=builder /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt /etc/ssl/certs/
ENTRYPOINT ["/main"]

結果: 〜1GBではなく〜10MBのイメージ！

Pythonアプリケーション

# ステージ1: wheelをビルド
FROM python:3.11-slim AS builder
WORKDIR /app

RUN apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends \
    gcc \
    libpq-dev \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

COPY requirements.txt .
RUN pip wheel --no-cache-dir --wheel-dir /wheels -r requirements.txt

# ステージ2: 本番
FROM python:3.11-slim AS production
WORKDIR /app

# ランタイム依存関係のみインストール
RUN apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends \
    libpq5 \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# ビルド済みwheelをコピー
COPY --from=builder /wheels /wheels
RUN pip install --no-cache-dir /wheels/*

# アプリケーションをコピー
COPY . .

RUN useradd --create-home appuser
USER appuser

EXPOSE 8000
CMD ["gunicorn", "--bind", "0.0.0.0:8000", "app:app"]

React/フロントエンドアプリケーション

# ステージ1: ビルド
FROM node:18-alpine AS builder
WORKDIR /app

COPY package*.json ./
RUN npm ci

COPY . .
RUN npm run build

# ステージ2: nginxで配信
FROM nginx:alpine AS production

# ビルドしたアセットをコピー
COPY --from=builder /app/build /usr/share/nginx/html

# nginx設定をコピー
COPY nginx.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf

EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

結果: 〜1GB（node + node_modules）ではなく〜25MB（nginx + 静的ファイル）のイメージ！

Java/Spring Bootアプリケーション

# ステージ1: Mavenでビルド
FROM maven:3.9-eclipse-temurin-17 AS builder
WORKDIR /app

# 依存関係をキャッシュ
COPY pom.xml .
RUN mvn dependency:go-offline

# アプリケーションをビルド
COPY src ./src
RUN mvn package -DskipTests

# ステージ2: 本番
FROM eclipse-temurin:17-jre-alpine AS production
WORKDIR /app

# JARのみをコピー
COPY --from=builder /app/target/*.jar app.jar

RUN addgroup -S spring && adduser -S spring -G spring
USER spring

EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]

高度なパターン

開発 vs 本番

# ベースステージ
FROM node:18-alpine AS base
WORKDIR /app
COPY package*.json ./

# 開発ステージ
FROM base AS development
RUN npm install
COPY . .
CMD ["npm", "run", "dev"]

# ビルドステージ
FROM base AS builder
RUN npm ci
COPY . .
RUN npm run build

# 本番ステージ
FROM node:18-alpine AS production
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/node_modules ./node_modules
CMD ["node", "dist/server.js"]

# 開発イメージをビルド
docker build --target development -t myapp:dev .

# 本番イメージをビルド
docker build --target production -t myapp:prod .

テストステージ

FROM node:18-alpine AS base
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci
COPY . .

FROM base AS test
RUN npm run test

FROM base AS builder
RUN npm run build

FROM node:18-alpine AS production
COPY --from=builder /app/dist ./dist
CMD ["node", "dist/server.js"]

# CIでテストを実行
docker build --target test -t myapp:test .
docker run --rm myapp:test

並列ビルド

# これらのステージは並列でビルド可能
FROM node:18-alpine AS frontend-builder
WORKDIR /frontend
COPY frontend/package*.json ./
RUN npm ci
COPY frontend/ .
RUN npm run build

FROM golang:1.21-alpine AS backend-builder
WORKDIR /backend
COPY backend/go.* ./
RUN go mod download
COPY backend/ .
RUN go build -o server .

# 最終ステージで両方を結合
FROM alpine:3.19 AS production
COPY --from=frontend-builder /frontend/dist /app/public
COPY --from=backend-builder /backend/server /app/server
CMD ["/app/server"]

サイズ比較

アプリケーション シングルステージ マルチステージ 削減率
Node.js API 1.2 GB 150 MB 87%
Go API 800 MB 10 MB 99%
Reactアプリ 1.1 GB 25 MB 98%
Python API 900 MB 200 MB 78%
Java/Spring 700 MB 250 MB 64%

ベストプラクティス

1. 変更頻度でステージを順序付け

# 依存関係は変更頻度が低い - キャッシュされる
FROM node:18-alpine AS deps
COPY package*.json ./
RUN npm ci

# ソースコードは変更頻度が高い
FROM deps AS builder
COPY . .
RUN npm run build

2. AlpineまたはDistrolessベースイメージを使用

# これの代わりに
FROM node:18  # 1GB

# これを使用
FROM node:18-alpine  # 150MB

# またはGoの場合
FROM gcr.io/distroless/static  # 2MB

3. 不要なファイルをコピーしない

# 必要なものだけをコピー
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package.json ./

# すべてではなく
# COPY --from=builder /app .

4. .dockerignoreを使用

# .dockerignore
node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
coverage/
.nyc_output/

5. ビルドキャッシュを活用

# 依存関係ファイルを先にコピー
COPY package*.json ./
RUN npm ci

# 次にソースをコピー（依存関係が変わらなければここでキャッシュが破棄）
COPY . .
RUN npm run build

Docker Composeとの統合

services:
  app:
    build:
      context: .
      target: production  # ターゲットステージを指定

  app-dev:
    build:
      context: .
      target: development
    volumes:
      - .:/app
    command: npm run dev

まとめ

概念 説明
マルチステージ 1つのDockerfileに複数のFROM文
名前付きステージ 明確さのためのAS stagename
COPY --from 前のステージからファイルをコピー
--target 特定のステージのみをビルド
ビルドキャッシュ 変更頻度でステージを順序付け

重要なポイント

  1. ビルドとランタイムを分離 - ビルドツールを配布しない
  2. 最小限のベースイメージを使用 - Alpine、distroless、またはscratch
  3. 成果物のみをコピー - ソースコードや開発依存関係は除外
  4. ステージに名前を付ける - Dockerfileを読みやすく
  5. キャッシュを活用 - 変更頻度で順序付け
  6. CIでテスト - --target testステージを使用

次のステップ

次の記事では、マルチステージビルド以外のDockerイメージ最適化テクニックを学びます。

参考文献

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