從CI到持續部署：建構高效自動化軟體交付管道

– 9 分鐘閱讀

在現代軟體開發中，速度與品質是企業維持競爭力的關鍵。持續整合（CI）、持續交付（CD）與持續部署構成了一套自動化的實踐框架，旨在將程式碼從開發者的電腦高效且可靠地交付到使用者手中。此流程始於持續整合，它要求開發團隊改變傳統的工作模式，採行頻繁提交與自動化驗證，確保程式碼庫的健康狀態。接著，持續交付將此基礎延伸，自動化地產生可隨時部署至生產環境的候選版本，並在預備環境中進行完整測試。最終，持續部署實現了從提交到上線的完全自動化，是 DevOps 理念在技術層面的極致體現。這一系列實踐不僅是工具的導入，更是對開發文化、流程與團隊協作模式的深度重塑，其目標在於建立一個快速、可預測且低風險的軟體交付生命週期。

CI/CD 與持續部署：加速軟體交付的自動化流程

本章節深入解析持續整合 (CI)、持續交付 (CD) 及持續部署這三項關鍵的 DevOps 實踐。詳細闡述 CI 的核心目標——頻繁整合與快速驗證程式碼變更，並探討其對協作文化、流程與工具的要求。接著，將說明 CD 如何在 CI 的基礎上，自動化將應用程式部署至非生產環境，並強調不可變動的部署包原則。最後，介紹持續部署的概念，及其在企業中實施的挑戰與方法，如特性標籤與藍綠部署，旨在建立一個高效、可靠且自動化的軟體交付管道。

在前文探討了 DevOps 的核心文化與原則後，本節將聚焦於其關鍵實踐：持續整合 (CI)、持續交付 (CD) 及持續部署。這三者共同構成了自動化軟體交付流程的基石。

持續整合 (CI)

持續整合 (Continuous Integration, CI) 是一種軟體開發實踐，其核心在於團隊成員頻繁地整合他們的工作成果。每次整合都必須經過自動化驗證（包括測試），以儘快偵測並修復整合錯誤。

  • CI 的核心精神: CI 清晰地體現了 DevOps 的協作與溝通精神。CI 的執行會影響所有團隊成員的工作方法，進而促進協作。此外，CI 要求實施一系列流程（如分支管理、提交、Pull Request、程式碼審查等），並透過自動化工具（如 Git、Jenkins、Azure DevOps、GitHub Actions 等）來實現。CI 的快速執行至關重要，以便儘早獲得程式碼整合的反饋，從而更快地向用戶交付新功能。

  • 實施 CI 的先決條件: 要成功設置 CI，必須具備以下條件：

    • 源碼管理器 (SCM): 一個能夠集中管理所有成員程式碼的系統，例如 Git、SVN 或 Team Foundation Version Control (TFVC)。
    • 自動化建置管理器 (CI Server): 一個支援持續整合的自動化建置伺服器，如 Jenkins、GitLab CI、TeamCity、Azure Pipelines、GitHub Actions、Travis CI 或 Circle CI。
    • 分支策略: 團隊成員應每日、迭代式地進行開發，並將每個任務或功能與其他開發工作隔離，通常透過分支來實現。
    • 頻繁提交: 成員應定期（甚至一天多次）提交（commit）他們的程式碼，最好是小規模的提交，以便在出現錯誤時能輕鬆修復。這些提交將被整合到應用程式的整體程式碼中。

  • CI 流程自動化: CI 的核心是自動化，並在每次程式碼提交時觸發。CI 伺服器會執行以下操作：

    • 建置應用程式套件: 包括編譯程式碼、轉換文件等。
    • 執行單元測試: 驗證程式碼的最小單元是否正常工作，並可包含程式碼覆蓋率分析。

    提示: 此流程還可以透過靜態程式碼分析和漏洞掃描來豐富，這將在後續章節中詳細探討。

    CI 流程的優化至關重要，以確保其快速執行，讓開發者能及時獲得程式碼整合的反饋。例如，無法編譯或測試失敗的程式碼提交可能會阻礙整個團隊的工作。

  • CI 流程中的常見問題與影響: 有時，不良實踐可能導致 CI 測試失敗。若為此停用測試執行，或以「為了快速交付」為由忽視錯誤，可能會導致嚴重的後果。當偵測到的錯誤未能得到及時處理時，節省的 CI 時間將被用於修復 Bug 和快速重新部署，這與 DevOps 的文化背道而馳。這會導致最終用戶的應用程式品質下降，且缺乏真實的反饋。開發團隊將花費時間修正錯誤，而非開發新功能。

  • 優化的 CI 工作流程: 一個優化且完整的 CI 流程，能讓開發者快速解決問題、改進程式碼，或與團隊討論後提交新的整合。

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partition "持續整合 (CI) 工作流程" {
  :開發者提交程式碼 (Commit to SCM);
  :CI 伺服器觸發建置;
  :1. 建置應用程式套件;
  :   - 編譯, 轉換檔案等;
  :2. 執行單元測試;
  :   - 包含程式碼覆蓋率;
  :3. (可選) 靜態程式碼分析 / 漏洞掃描;

  if "建置與測試成功?" then (是)
    :提供快速反饋給開發者;
    :開發者可繼續開發新功能;
  else (否)
    :標記失敗, 通知開發者;
    :開發者修復問題;
    :重新提交程式碼;
  endif
}

stop

@enduml

看圖說話：

此圖示描繪了持續整合 (CI) 的典型工作流程。首先，開發者將程式碼提交到源碼管理器 (SCM)。接著，CI 伺服器被觸發，執行建置應用程式套件和單元測試等步驟。若建置與測試成功，則會向開發者提供快速反饋，使他們能繼續開發新功能。若發生失敗，CI 伺服器會標記為失敗並通知開發者，開發者需修復問題後重新提交程式碼。這個循環過程旨在確保程式碼的品質並儘早發現整合問題，從而加速軟體開發週期。

持續交付 (CD)

在持續整合完成後，下一步是將應用程式自動部署到一個或多個非生產環境（如預備環境，Staging Environment），這個過程稱為持續交付 (Continuous Delivery, CD)。

  • CD 的目標與執行: CD 通常始於一個由 CI 產生的應用程式套件，該套件將根據一系列自動化任務進行安裝。這些任務可能包括解壓縮、停止與重啟服務、複製文件、替換配置等。在 CD 過程中，也可以執行功能測試和驗收測試。 與 CI 不同，CD 的目標是測試整個應用程式及其所有依賴項。這在由多個服務和 API 組成的微服務應用程式中尤為明顯。CI 可能只測試正在開發的微服務，而一旦部署到預備環境，就可以測試整個應用程式，以及其組成的 API 和微服務。

  • CI 與 CD 的整合: 在實務中，將 CI 與 CD 整合到一個整合環境中非常普遍，即 CI 在完成後立即部署到該環境。這使得開發者不僅能執行單元測試，還能在每次提交時驗證整個應用程式（包括 UI 和功能），以及其他團隊成員的開發整合情況。

  • 不可變動的部署包: 在 CI 過程中生成的套件，也將在 CD 過程中部署，並且應該是直到生產環境都保持一致的。雖然可能存在因環境差異而進行的配置檔案轉換，但應用程式程式碼本身（如二進制文件、DLL、Docker 映像、JAR 包）必須保持不變。這種不可變動的特性是確保在一個環境中驗證過的應用程式，與前一個和下一個環境部署的版本品質一致的唯一保證。如果在某個環境驗證後需要進行變更（改進或錯誤修復），這些變更必須重新通過 CI 和 CD 的完整週期。

  • CD 的相關工具: 設置 CI/CD 的工具通常與其他解決方案結合使用，例如：

    • 套件管理器: 作為 CI 階段生成的套件的儲存空間，需要支援 Feed、版本控制和不同類型的套件。市場上有 Nexus、ProGet、Artifactory 和 Azure Artifacts 等。
    • 配置管理器: 在 CD 過程中管理配置變更，大多數 CD 工具都包含變數系統的配置機制。

  • CD 的觸發機制: 在 CD 流程中，部署到每個預備環境的觸發方式如下：

    • 自動觸發: 在前一個環境成功執行後自動觸發。例如，可以在專用環境中的整合測試成功執行後，自動觸發部署到預生產環境。
    • 手動觸發: 對於敏感環境（如生產環境），在獲得手動批准後觸發。 在 CD 流程中，最重要的是生產環境（即面向最終用戶的環境）的部署應由手動批准來觸發。
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partition "持續交付 (CD) 工作流程" {
  :CI 完成並產生不可變動的部署套件;

  partition "部署到非生產環境 (Staging)" {
    :自動觸發部署;
    :執行功能與驗收測試;
    :驗證應用程式整體與依賴項;
  }

  if "部署到預生產環境成功?" then (是)
    :手動審批;
    partition "部署到生產環境 (Production)" {
      :手動觸發部署;
      :交付給最終用戶;
    }
  else (否)
    :標記失敗, 通知團隊;
    :開發者修復問題;
    :重新啟動 CI/CD 流程;
  endif
}

stop

@enduml

看圖說話：

此圖示展示了持續交付 (CD) 的工作流程，它緊接在 CI 流程之後。首先，CI 過程產生一個不可變動的部署套件。隨後，該套件會自動部署到非生產環境（Staging），並在此進行功能與驗收測試，以驗證整個應用程式及其依賴項。若部署到預生產環境成功，則需要手動審批，然後才能觸發部署到生產環境，最終交付給終端用戶。若任何階段失敗，則會標記失敗並通知團隊，開發者需修復問題後重新啟動 CI/CD 流程。此流程確保了從開發到生產的連續性與可靠性。

持續部署

持續部署 (Continuous Deployment) 是 CD 的一種延伸，它進一步將整個 CI/CD 管道自動化，從開發者提交程式碼的那一刻起，到經過所有驗證步驟後自動部署到生產環境。

  • 持續部署的實施與挑戰: 這項實踐在企業中較少被完全實施，因為它要求應用程式涵蓋各種測試（單元、功能、集成、效能等），並且這些測試必須成功執行，以驗證應用程式的正確性及其所有依賴項。然而，一旦實現，它允許在無需任何批准操作的情況下自動部署到生產環境。 持續部署流程還必須考慮在發生生產問題時恢復應用程式的步驟。

  • 實現持續部署的技術: 持續部署可以透過特性標籤 (Feature Flags) 來實現，這涉及將應用程式的功能封裝在特性中，並在生產環境中按需啟用，而無需重新部署應用程式程式碼。 另一種技術是使用藍綠生產基礎設施，它包含兩個生產環境（藍色和綠色）。首先部署到藍色環境，然後到綠色環境；這將確保無需停機時間。

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partition "持續部署 (Continuous Deployment) 工作流程" {
  :開發者提交程式碼;
  :自動觸發 CI 管道;
  :自動觸發 CD 管道;
  :執行所有自動化測試 (單元, 集成, 功能, 效能, 安全等);

  if "所有測試皆通過?" then (是)
    :自動部署到生產環境;
    :無需手動批准;
    :監控生產環境;
  else (否)
    :標記失敗, 通知團隊;
    :開發者修復問題;
    :重新啟動 CI/CD 流程;
  endif
}

stop

@enduml

看圖說話：

此圖示展示了持續部署的工作流程，它是持續交付 (CD) 的進一步自動化。整個流程從開發者提交程式碼開始，自動觸發 CI 和 CD 管道。在此過程中，會執行所有類型的自動化測試，包括單元、集成、功能、效能和安全測試。如果所有測試都成功通過，則應用程式將自動部署到生產環境，無需任何手動批准。隨後，會對生產環境進行持續監控。若任何測試失敗，則會標記失敗並通知團隊，開發者需修復問題後重新啟動 CI/CD 流程。這代表了軟體交付的高度自動化與效率。

縱觀現代軟體交付的效能挑戰，CI/CD 與持續部署不僅是技術流程自動化，更是組織績效與韌性的試金石，共同定義了從程式碼到客戶價值的最短路徑。

從持續整合（CI）要求的協作紀律，到持續交付（CD）對「不可變動部署包」的堅持，再到持續部署的全面測試標準，此演進路徑的瓶頸並非工具選擇，而是組織的測試成熟度、風險管理框架與文化慣性。它要求管理者從被動的品質守門員，轉型為主動的流程架構師，專注於打造一個具備快速反饋與高度可靠性的交付系統。

展望未來，此自動化管道將整合 DevSecOps 與 AIOps，演變為能主動預測風險、優化資源的智慧化價值流，而不僅是部署工具。其價值將從「加速交付」延伸至「驅動商業洞察」。

玄貓認為，高階管理者應將 CI/CD 視為組織核心能力的策略性投資。根據團隊成熟度與業務風險承受度，循序漸進地提升自動化水平，才是將技術優勢轉化為持續市場競爭力的務實之道。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。