3_Docker数据卷实践

1. 核心概念

Docker 数据卷是独立于容器生命周期的数据存储机制，将”需要保留的数据”从”随时可能被销毁的容器”中分离出来：

• 数据持久化：容器天生是”用完即弃”的，没有数据卷，docker rm 一下数据库数据就全没了
• 解耦架构：数据和应用分离，升级容器镜像时不影响已有数据
• 多容器共享：多个容器可以同时访问同一个数据卷，实现数据协作

类比：你租了一间酒店房间（容器），退房后房间会被清扫一空。但酒店前台有个保险柜（数据卷）——把贵重物品存进去，无论换哪个房间，东西都还在。

1.1 全景架构图

%%{init: {'theme': 'base', 'themeVariables': { 'primaryColor': '#3B82F6', 'primaryTextColor': '#1E3A5F', 'primaryBorderColor': '#2563EB', 'lineColor': '#60A5FA', 'secondaryColor': '#10B981', 'tertiaryColor': '#F59E0B'}}}%%
flowchart LR
    subgraph Storage ["存储层"]
        V["Named Volume<br/>/var/lib/docker/volumes/"]
        BM["Bind Mount<br/>宿主机任意路径"]
        TF["tmpfs<br/>内存 RAM"]
    end

    subgraph Containers ["容器层"]
        C1["容器 A"]
        C2["容器 B"]
    end

    V -->|"挂载"| C1
    V -->|"共享"| C2
    BM -->|"挂载"| C1
    TF -->|"挂载"| C2

    classDef primary fill:#3B82F6,stroke:#2563EB,color:#fff
    classDef success fill:#10B981,stroke:#059669,color:#fff
    classDef warning fill:#F59E0B,stroke:#D97706,color:#fff

    class V,BM primary
    class TF warning
    class C1,C2 success

1.2 工作原理

数据卷的生命周期可以拆分为四个阶段：

%%{init: {'theme': 'base', 'themeVariables': { 'primaryColor': '#3B82F6', 'primaryTextColor': '#1E3A5F', 'primaryBorderColor': '#2563EB', 'lineColor': '#60A5FA', 'secondaryColor': '#10B981', 'tertiaryColor': '#F59E0B'}}}%%
flowchart LR
    A(["创建 Volume"]) --> B(["挂载到容器"])
    B --> C(["容器读写数据"])
    C --> D(["容器销毁"])
    D --> E{{"卷是否还需要?"}}
    E -->|"是"| F(["挂载到新容器"])
    E -->|"否"| G(["手动删除卷"])
    F --> C

    classDef primary fill:#3B82F6,stroke:#2563EB,color:#fff
    classDef success fill:#10B981,stroke:#059669,color:#fff
    classDef decision fill:#F59E0B,stroke:#D97706,color:#fff
    classDef danger fill:#EF4444,stroke:#DC2626,color:#fff

    class A,B primary
    class C,F success
    class E decision
    class D,G danger

1. 创建：通过 docker volume create my-volume 创建命名卷。Docker 在 /var/lib/docker/volumes/ 下创建对应目录
2. 挂载：启动容器时通过 -v 或 --mount 将卷挂载到容器内指定路径
3. 读写：容器启动时，Docker 通过内核的 bind mount 机制将卷目录挂载到容器的文件系统命名空间中，之后的读写操作由内核直接处理，容器进程对此无感知
4. 解耦：容器停止或删除时，挂载关系解除，但卷的数据保持不变，可随时挂载到新容器

# 完整示例
docker volume create my-volume
docker run -d -v my-volume:/app/data my-image
# 容器内写 /app/data → 实际写入 /var/lib/docker/volumes/my-volume/_data

2. 三种挂载方式对比

最容易混淆的就是三种数据挂载方式。用一句话记住区别：命名卷是 Docker 管的”U 盘”，绑定挂载是主机的”共享文件夹”，tmpfs 是内存中的”临时文件夹”。

2.1 选型决策

%%{init: {'theme': 'base', 'themeVariables': { 'primaryColor': '#3B82F6', 'primaryTextColor': '#1E3A5F', 'primaryBorderColor': '#2563EB', 'lineColor': '#60A5FA', 'secondaryColor': '#10B981', 'tertiaryColor': '#F59E0B'}}}%%
flowchart TD
    START{{"需要持久化数据吗?"}}
    START -->|"不需要"| TMPFS(["tmpfs Mount"])
    START -->|"需要"| Q2{{"需要精确控制宿主机路径吗?"}}
    Q2 -->|"是（开发/调试/手动管理）"| BIND(["Bind Mount"])
    Q2 -->|"否（生产环境推荐）"| NAMED(["Named Volume"])

    TMPFS --> U1["场景: 密钥、临时缓存"]
    BIND --> U2["场景: 代码热更新、配置文件注入"]
    NAMED --> U3["场景: 数据库、用户上传、应用数据"]

    classDef primary fill:#3B82F6,stroke:#2563EB,color:#fff
    classDef success fill:#10B981,stroke:#059669,color:#fff
    classDef warning fill:#F59E0B,stroke:#D97706,color:#fff
    classDef decision fill:#0EA5E9,stroke:#0284C7,color:#fff

    class NAMED primary
    class BIND success
    class TMPFS warning
    class START,Q2 decision
    class U1,U2,U3 default

2.2 详细对比

特性	Named Volume	Bind Mount	tmpfs Mount
一句话描述	Docker 管理的”U 盘”	主机上的”共享文件夹”	内存中的”临时文件夹”
管理方	Docker 引擎	用户/宿主机	系统内存
存储位置	/var/lib/docker/volumes/	宿主机任意路径	内存 RAM
持久性	✅ 持久	✅ 持久	❌ 容器移除即丢失（stop 后 start 仍在）
可移植性	⭐⭐⭐ 不依赖主机目录结构	⭐ 依赖宿主机路径	不适用
多容器共享	✅ 支持	✅ 支持	❌ 不支持（每个容器独立内存区域）
自动填充	✅ 空卷首次挂载时复制容器目录内容	❌ 主机目录直接覆盖容器目录	不适用
性能	Linux 原生与 Bind Mount 相当；Docker Desktop 上显著优于 Bind Mount	Linux 原生高，Docker Desktop 有损耗	最高（内存操作）
典型场景	数据库文件、用户上传、应用配置	开发环境源码同步、Nginx 配置	密钥、缓存、临时会话
--mount 语法	type=volume,source=my-vol,target=/app	type=bind,source=/path/on/host,target=/app	type=tmpfs,destination=/app

2.3 语法区分

Docker 通过 : 前面的部分判断挂载类型——不是”绝对路径 vs 相对路径”，而是”路径 vs 名字”：

# Named Volume — 只写名字，没有路径分隔符
-v volume-name:/container/path

# Bind Mount — 写完整的宿主机路径
-v /host/path:/container/path

判断规则：

• 以 / 或 ./ 开头 → Bind Mount（这是一个路径）
• 不以 / 开头，没有路径分隔符 → Named Volume（这是一个名字）

./data 是 Bind Mount（以 ./ 开头，是路径），mydata 是 Named Volume（只是一个名字）。

Compose 注意：在 docker-compose.yml 中，data:/path 是 Named Volume，./data:/path 是 Bind Mount。不加 ./ 前缀的相对路径名会被当作卷名，这是最常见的混淆场景。

2.4 自动填充机制

当你将一个空的命名卷挂载到容器中一个已有内容的目录时，Docker 会自动将该目录内容复制到卷里。触发条件：

1. 必须是 Named Volume 或匿名卷，Bind Mount 不支持（Bind Mount 是主机优先，直接覆盖容器目录）
2. 卷必须是空的。非空卷会反过来覆盖容器内的目录
3. 只在首次挂载时触发。一旦卷被填充过，后续挂载不再自动填充

3. 实践要点

3.1 最佳实践

生产环境优先使用 Named Volume：

docker volume create mydata
docker run -v mydata:/app/data nginx

开发环境用 Bind Mount 实现热更新：

docker run -v $(pwd)/src:/app/src node

定期清理孤立数据卷：

docker system df -v        # 查看磁盘占用
docker volume prune        # 清理未使用的卷

推荐使用 --mount 替代 -v：

# --mount 语法更明确，支持额外选项（如 readonly）
docker run --mount type=volume,source=mydata,target=/app/data,readonly nginx

利用 Volume Driver 对接云存储（如 AWS S3、Azure Files、NFS），构建跨主机高可用服务。

3.2 新手三大坑

❌ 错误：Bind Mount 时宿主机源路径不存在或为空目录
💥 后果：Docker 自动创建空目录并挂载，容器内该路径下原有文件被覆盖，应用启动失败
✅ 正解：始终确保宿主机源路径存在且内容正确，挂载前先检查

❌ 错误：删除容器时带了 -v 参数，把匿名卷一起删了
💥 后果：docker rm -v 会删除该容器关联的匿名卷（命名卷不受影响），匿名卷中的数据无法恢复
✅ 正解：使用命名卷，删容器前确认是否需要保留数据

❌ 错误：多个容器同时写同一个数据卷，没有做并发控制
💥 后果：数据竞争导致文件损坏，尤其数据库文件
✅ 正解：数据库等有状态服务用独立卷，或通过应用层加锁

3.3 常见问题

权限问题（Permission Denied）

容器内应用通常以非 root 用户运行，其 UID/GID 与主机目录所有者不匹配时无法写入。正确做法是确保容器用户的 UID/GID 与主机目录权限匹配，或启动时指定 --user $(id -u):$(id -g)。

匿名卷的滥用

# 匿名卷：名字是随机哈希，难以管理
docker run -v /app/data my-image
# 命名卷：有意义的名字，便于引用和维护
docker run -v my-app-data:/app/data my-image

docker run -v /data 这种只指定容器路径的写法会创建匿名卷，名字是一串随机哈希，极难管理。始终使用命名卷。

macOS/Windows 上找不到 Volume 目录

Docker Volume 默认存储在 /var/lib/docker/volumes/，目录归 root 所有。在 macOS 和 Windows 上，Docker 运行在 Linux 虚拟机里，宿主机上找不到这个路径——它藏在虚拟机的磁盘镜像里。

4. 动手验证

创建一个数据卷，验证数据在容器销毁后仍然存在：

# 1. 创建命名卷
docker volume create test-vol
# 2. 启动容器，写入数据
docker run --rm -v test-vol:/data alpine \
  sh -c "echo 'hello volumes' > /data/test.txt"
# 3. 销毁容器后，用新容器读取数据
docker run --rm -v test-vol:/data alpine \
  cat /data/test.txt
# 4. 清理
docker volume rm test-vol

预期结果：第 3 步输出 hello volumes，证明数据在容器销毁后依然存在。

进阶练习：参考 PostgreSQL 官方镜像，用命名卷部署数据库，验证数据持久化：

docker run -d --name pg \
  -v pgdata:/var/lib/postgresql/data \
  -e POSTGRES_PASSWORD=secret \
  postgres:16

# 写入数据后删除容器，再用同一个卷启动新容器，验证数据是否保留