今天學 StatefulSet，說明為什麼資料庫不能用 Deployment 跑，以及 K8s 怎麼處理有狀態的服務 !

Deployment 的問題：無狀態假設

Deployment 的設計假設每個 Pod 都是無狀態、可替換的。任何一個 Pod 掛掉，Deployment 重建一個新的，服務繼續跑，完全沒有影響——因為每個 Pod 都一樣，沒有哪個比較特別。

但資料庫不是這樣的。如果用 Deployment 跑 MySQL：

問題一：Pod 名稱不固定

Deployment 的 Pod 名稱是隨機生成的（mysql-6d4b9f8c7-k2xpq），每次重建名稱都不同。如果資料庫叢集（例如 MySQL 主從複寫）需要每個節點有固定的身份，這樣行不通。

問題二：儲存不固定

Deployment 的多個副本通常共用同一份設定，但資料庫的每個副本需要各自獨立的儲存空間。主節點和從節點的資料不能混在一起。

問題三：啟動和關閉順序不保證

資料庫叢集通常需要按照特定順序啟動（主節點先、從節點後），Deployment 不保證這個順序。StatefulSet 就是為了這些有狀態的服務設計的。

StatefulSet 是什麼

StatefulSet 跟 Deployment 很像，也是管理一組 Pod，但它給每個 Pod 提供：

• 穩定的 Pod 名稱：mysql-0、mysql-1、mysql-2，固定有序，不會隨機變
• 穩定的網路身份：每個 Pod 有固定的 DNS 名稱
• 獨立的儲存：每個 Pod 有自己的 PersistentVolumeClaim，不共用

StatefulSet vs Deployment

實際操作

今天目標：刪除舊的 mysql Deployment，改用 StatefulSet 跑 MySQL，搭配 Headless Service 讓每個 Pod 有固定 DNS 名稱，並確認 MySQL 正常啟動、tododb 資料庫存在。

Step1: 移除舊的 mysql-deployment

1. 前幾天用 Deployment 建立的 mysql-deployment.yaml 到這邊就沒用了，換成 StatefulSet 之前先刪掉它，避免兩個 MySQL 同時跑：

kubectl delete -f mysql-deployment.yaml

2. 刪掉 cluster 上的資源之後，也刪除本機的 mysql-deployment.yaml ：

rm mysql-deployment.yaml

補充一下，mysql-deployment.yaml 原本就有幾個問題，正好也是今天要換掉它的原因：

• 用 Deployment 管理資料庫，Pod 名稱隨機、沒有順序保證（就是上一節說的那些問題）
• 完全沒有掛載 volume，Pod 重建資料就沒了
• 密碼是明文寫在 YAML 裡的 env.value，沒有用 Secret

換成 StatefulSet 之後，這幾個問題會逐步解決：密碼改用 Secret，Pod 名稱固定有序，儲存也在今天先用 emptyDir 頂著（Day 13 再換成 PVC 真正持久化）。

Step2: 建立 MySQL Secret

kubectl create secret generic mysql-secret \
  --from-literal=MYSQL_ROOT_PASSWORD=rootpassword \
  --from-literal=MYSQL_PASSWORD=password

kubectl get secrets

可以看到有多一筆我們剛剛建立的mysql Secret :

Step3: 建立 StatefulSet

1. 在 /Todo-App/k8s 目錄下，建立 mysql-statefulset.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql-headless    # 對應的 Headless Service 名稱
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
        tier: database
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8.0
          ports:
            - containerPort: 3306
          env:
            - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: MYSQL_ROOT_PASSWORD
            - name: MYSQL_DATABASE
              value: "tododb"
            - name: MYSQL_USER
              value: "user"
            - name: MYSQL_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: mysql-secret
                  key: MYSQL_PASSWORD
          volumeMounts:
            - name: mysql-data
              mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
        - name: mysql-data
          emptyDir: {}           # 暫時用 emptyDir，Day 13 換成 PVC

kubectl apply -f mysql-statefulset.yaml

2. 確認狀態：

kubectl get statefulsets

3. 看 Pod 名稱：

kubectl get pods

MySQL Pod 名稱是 mysql-0，固定有序，不是隨機生成的。

Step3: 建立 Headless Service

StatefulSet 需要搭配一個 Headless Service，讓每個 Pod 有固定的 DNS 名稱。
在 /Todo-App/k8s 目錄下，建立 mysql-headless-service.yaml :

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-headless
spec:
  clusterIP: None              # clusterIP 設成 None 就是 Headless Service
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306
      targetPort: 3306

kubectl apply -f mysql-headless-service.yaml

有了 Headless Service，每個 Pod 就有固定的 DNS 名稱：

mysql-0.mysql-headless.default.svc.cluster.local

格式是 <pod名稱>.<headless service名稱>.<namespace>.svc.cluster.local。

Step4: 建立對外的 ClusterIP Service

除了 Headless Service，還需要一個一般的 ClusterIP Service 讓 todo-api 連進來。

調整 /Todo-App/k8s/mysql-service.yaml :

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: mysql
  ports:
    - port: 3306
      targetPort: 3306

kubectl apply -f mysql-service.yaml

todo-api 之後連資料庫就用 mysql-service:3306。

Step5: 確認 MySQL 正常運作

kubectl exec -it mysql-0 -- mysql -u root -prootpassword -e "SHOW DATABASES;"

tododb 有出現就代表 MySQL 正常跑起來了，帳號密碼也跟 todo-api-secret 的 DATABASE_URL 一致，todo-api 可以順利連線。

延伸筆記：Headless Service

一般的 Service 有一個 ClusterIP，DNS 解析到的是這個虛擬 IP，再由 kube-proxy 做負載平衡分配到後面的 Pod。

Headless Service 把 clusterIP 設成 None，沒有虛擬 IP。DNS 解析直接回傳所有 Pod 的實際 IP，讓呼叫方自己決定要連哪個 Pod。

這對資料庫叢集很重要——主節點和從節點不能隨機分配，應用程式需要明確指定連哪個節點（例如寫入要連主節點 mysql-0，讀取可以連從節點 mysql-1）。Headless Service 讓每個 Pod 有固定的 DNS 名稱，應用程式可以精確定址。

小結

今天學了 StatefulSet，處理有狀態的服務：

• Deployment 假設 Pod 無狀態可替換，不適合資料庫
• StatefulSet 提供穩定的 Pod 名稱、網路身份和獨立儲存
• 啟動順序有保證：mysql-0 一定比 mysql-1 先跑起來
• 搭配 Headless Service：讓每個 Pod 有固定的 DNS 名稱

今天用 emptyDir 暫代儲存，Pod 重啟後資料還是會消失。明天會學 PV 和 PVC，把儲存真正持久化 !