Kubernetes Deployment 与 StatefulSet 对比详解

1. 概述

Kubernetes（简称 K8s）是一个开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。

在本篇文章中，我们将深入探讨 Kubernetes 中两种常用的部署资源：

Deployment
StatefulSet

在开始之前，我们先了解下什么是有状态应用与无状态应用。

2. 有状态 vs 无状态应用

区分两者的关键在于是否需要持久化数据存储：

✅ 无状态应用不保存状态数据，每次请求都是独立的，状态通常保存在外部服务中（如数据库）。例如 Web 服务、API 服务。

❌ 有状态应用则需要持久化存储来保存状态信息，即使 Pod 重启或被调度到其他节点，数据也不能丢失。例如 MySQL、MongoDB、ZooKeeper、Kafka 等数据库或分布式系统。

⚠️ Kubernetes 最初设计是为无状态服务优化的，但通过 StatefulSet 的引入，也很好地支持了有状态应用的部署与管理。

3. Deployment

3.1 基本概念

Deployment 是 Kubernetes 中用于管理无状态 Pod 的控制器。它通过 ReplicaSet 来确保指定数量的 Pod 副本始终处于运行状态。

Deployment 的主要特性包括：

支持滚动更新（Rolling Update）
支持版本回滚
Pod 是“可替换的”，即没有唯一标识
Pod 名称是随机生成的

Deployment 适用于部署无状态服务，但也可以通过挂载 PVC（Persistent Volume Claim）实现“伪有状态”功能。

3.2 Deployment 的组件结构

一个完整的 Deployment 部署通常包含以下三个组件：

Deployment 模板
PersistentVolumeClaim（PVC）
Service（通常是 ClusterIP 或 NodePort）

示例 YAML：Deployment 模板

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app-deployment
spec:
  replicas: 3
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 2
      maxUnavailable: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      containers:
        - name: web-app
          image: hello-world:nanoserver-1809
          volumeMounts:
            - name: counter
              mountPath: /app/
      volumes:
        - name: counter
          persistentVolumeClaim:
            claimName: counter

示例 YAML：PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: counter
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 50Mi
  storageClassName: default

示例 YAML：Service 模板

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-app-service
spec:
  ports:
    - name: http
      port: 80
      nodePort: 30080
  selector:
    app: web-app
  type: NodePort

3.3 部署与操作

使用 kubectl 命令部署服务和 Deployment：

kubectl apply -f service.yaml
kubectl apply -f deployment.yaml

查看 Deployment 状态：

kubectl describe deployment web-app-deployment

Deployment 内部会创建 ReplicaSet，ReplicaSet 再创建 Pod。更新 Deployment 时会创建新的 ReplicaSet，逐步替换旧 Pod。如果更新失败，旧 ReplicaSet 仍保留，支持手动回滚。

4. StatefulSet

4.1 基本概念

StatefulSet 是 Kubernetes 中用于管理有状态 Pod 的控制器。它与 Deployment 的最大区别在于：

✅ 每个 Pod 都有稳定的唯一标识（包括网络标识和存储标识）

❌ Pod 是“不可替换的”，Pod 名称是有序的（如 web-0, web-1, web-2）

StatefulSet 的主要特性包括：

Pod 名称具有顺序性
每个 Pod 有独立的 PVC
支持滚动更新（但不支持回滚）
删除或缩容不会自动删除关联的 PVC

4.2 Headless Service

StatefulSet 必须配合 Headless Service 使用。Headless Service 没有 ClusterIP，直接返回 Pod IP，用于实现 Pod 间的 DNS 解析。

示例 YAML：Headless Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
    - port: 80
      name: web
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx

4.3 StatefulSet 的组件结构

StatefulSet 部署通常包含以下三个组件：

StatefulSet 模板
PersistentVolumeClaim（PVC）
Headless Service

示例 YAML：StatefulSet 模板

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          ports:
            - containerPort: 80
              name: web
          volumeMounts:
            - name: www
              mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
        - name: www
          persistentVolumeClaim:
            claimName: myclaim

示例 YAML：PersistentVolumeClaim

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

4.4 部署与操作

使用 kubectl 创建 StatefulSet：

kubectl create -f statefulset.yaml

查看 Pod：

kubectl get pods

输出示例：

NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
web-0     1/1     Running   0          1m
web-1     1/1     Running   0          46s
web-2     1/1     Running   0          18s

StatefulSet 不会创建 ReplicaSet，因此不支持版本回滚。更新时采用滚动更新策略，一次更新一个 Pod。更新失败时，仅当前 Pod 被影响，其余 Pod 仍运行旧版本。

缩容或删除 StatefulSet 时，关联的 PVC 不会被自动删除，以保证数据安全。

4.5 典型使用场景

StatefulSet 适用于以下场景：

需要唯一稳定标识的应用（如数据库、分布式系统）
数据需要持久化存储
Pod 之间需要互相通信（如集群节点发现）

常见应用包括：

MySQL 集群
MongoDB
Redis
Kafka
ZooKeeper
Solr 集群

5. Deployment 与 StatefulSet 对比

特性	Deployment	StatefulSet
适用场景	无状态应用	有状态应用
Pod 是否可替换	✅ 可替换	❌ 不可替换
Pod 名称	随机生成	有序名称（如 web-0）
网络标识	依赖 Service	依赖 Headless Service
存储	共享 PVC	每个 Pod 有独立 PVC
回滚支持	✅ 支持	❌ 不支持
更新策略	RollingUpdate	RollingUpdate
缩容行为	自动删除 Pod	不自动删除 PVC
典型用途	Web 服务、API 服务等	数据库、消息队列、分布式系统等

6. 总结

在 Kubernetes 中，Deployment 和 StatefulSet 是两种核心的控制器资源，分别适用于不同类型的业务场景。

✅ Deployment 适用于部署无状态服务，具备良好的滚动更新和回滚能力。
✅ StatefulSet 适用于部署有状态服务，为每个 Pod 提供稳定的网络标识和独立的持久化存储。

选择合适的控制器资源，是实现高可用、易维护、可扩展的 Kubernetes 应用部署的关键一步。

Persistence

REST

Security

1. 概述

2. 有状态 vs 无状态应用

3. Deployment

3.1 基本概念

3.2 Deployment 的组件结构

示例 YAML：Deployment 模板

示例 YAML：PersistentVolumeClaim

示例 YAML：Service 模板

3.3 部署与操作

4. StatefulSet

4.1 基本概念

4.2 Headless Service

示例 YAML：Headless Service

4.3 StatefulSet 的组件结构

示例 YAML：StatefulSet 模板

示例 YAML：PersistentVolumeClaim

4.4 部署与操作

4.5 典型使用场景

5. Deployment 与 StatefulSet 对比

6. 总结