Các layer image và build caching của Docker hoạt động như thế nào?

Question

Accepted Answer

Các Docker image được build theo **layer** — mỗi lệnh Dockerfile tạo một layer, và Docker **cache** các layer để tăng tốc việc rebuild. Hiểu layer và caching là chìa khóa để viết các Dockerfile hiệu quả build nhanh và tạo ra các image nhỏ hơn.

## Layer — mỗi lệnh thêm một layer

```text
Mỗi lệnh Dockerfile (FROM, RUN, COPY, v.v.) tạo một LAYER chỉ đọc:
  → các layer xếp chồng tạo thành image; các layer được CACHE và CHIA SẺ giữa các image
  → nếu một layer không thay đổi, Docker DÙNG LẠI layer được cache (bỏ qua việc rebuild nó)
→ Layer caching làm cho việc rebuild nhanh — chỉ các layer thay đổi (và những cái SAU) rebuild.
```

## Quy tắc caching (thứ tự quan trọng)

```text
Docker cache các layer THEO THỨ TỰ. Khi input của một lệnh thay đổi, layer đó VÀ
TẤT CẢ các layer SAU NÓ được rebuild (cache bị vô hiệu từ điểm đó trở xuống).
→ Đặt những thứ ỔN ĐỊNH SỚM và những thứ THAY ĐỔI THƯỜNG XUYÊN MUỘN trong Dockerfile.
```

## Tối ưu hóa kinh điển: phụ thuộc trước mã

```dockerfile
# ✅ TỐT — copy manifest phụ thuộc trước, install, RỒI copy mã
COPY package*.json ./
RUN npm install          # layer này được cache TRỪ KHI package.json thay đổi
COPY . .                 # thay đổi mã ở đây không vô hiệu layer npm install

# ❌ TỆ — copy mọi thứ trước
COPY . .                 # BẤT KỲ thay đổi mã nào cũng vô hiệu...
RUN npm install          # ...nên npm install CHẠY LẠI mỗi lần thay đổi mã (chậm!)
```

Bằng cách copy các tệp phụ thuộc và install **trước** khi copy phần còn lại của mã, layer cài đặt phụ thuộc (chậm) vẫn được cache qua các thay đổi mã — một tối ưu hóa cực kỳ quan trọng làm cho việc rebuild nhanh.

## Giảm kích thước image

```text
✓ Kết hợp các lệnh RUN liên quan (ít layer hơn) và dọn dẹp trong CÙNG layer
  RUN apt-get update && apt-get install -y x && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
✓ Dùng các base image nhỏ (alpine, slim, distroless)
✓ Dùng .dockerignore để loại trừ các tệp không cần thiết khỏi build context
✓ Dùng multi-stage build (build artifact trong một stage, chỉ copy những gì cần)
```

## Tại sao điều này quan trọng

Hiểu các layer và build caching của Docker là quan trọng để **viết các Dockerfile hiệu quả** build nhanh và tạo ra các image nhỏ hơn, vì vậy đó là kiến thức thực tế có giá trị ảnh hưởng đáng kể đến năng suất lập trình viên và triển khai.

Khái niệm nền tảng — mỗi lệnh Dockerfile tạo một **layer** được cache, có thể dùng lại, và Docker **dùng lại các layer được cache không thay đổi** trong khi rebuild các layer thay đổi và mọi thứ sau chúng — giải thích cách làm cho việc build nhanh. **Quy tắc caching quan trọng** (cache bị vô hiệu từ lệnh thay đổi đầu tiên trở xuống, nên thứ tự quan trọng: những thứ ổn định sớm, những thứ thay đổi thường xuyên muộn) thúc đẩy **tối ưu hóa quan trọng nhất**: copy các tệp phụ thuộc và cài đặt phụ thuộc **trước** khi copy mã ứng dụng, để layer cài đặt phụ thuộc chậm vẫn được cache qua các thay đổi mã thường xuyên (thay vì chạy lại `npm install`/`pip install` mỗi lần thay đổi mã — một sự khác biệt giữa rebuild nhanh và chậm đau đớn).

Chỉ riêng hiểu mẫu này đã cải thiện đáng kể thời gian build, một mối quan tâm trải nghiệm lập trình viên liên tục.

Biết các kỹ thuật để **giảm kích thước image** — kết hợp các lệnh RUN với dọn dẹp trong cùng layer, dùng các base image nhỏ (alpine, slim, distroless), `.dockerignore` để loại trừ các tệp không cần thiết, và multi-stage build — tạo ra các image nhỏ hơn, triển khai nhanh hơn (giảm lưu trữ, thời gian truyền và bề mặt tấn công).

Vì các build Docker diễn ra liên tục (trong development và CI/CD) và các build chậm hoặc image phình to làm tổn hại năng suất và triển khai, và vì hiểu layer và caching là điều cho phép viết các Dockerfile build nhanh và giữ nhỏ, hiểu các layer và build caching của Docker — mô hình layer, quy tắc caching phụ thuộc thứ tự, tối ưu hóa phụ thuộc-trước-mã, và các kỹ thuật giảm kích thước — là kiến thức có giá trị, thường được áp dụng để sử dụng Docker hiệu quả, một kỹ năng chính phân biệt những người viết các Dockerfile nhanh, gọn với những người chịu đựng các build chậm và image phình to.