Deklarativ vs. Skriptbasiert: Auswahl Ihrer Jenkins Pipeline-Syntax

Jenkins, der führende Open-Source-Automatisierungsserver, ist das Rückgrat unzähliger Continuous Integration- und Continuous Delivery (CI/CD)-Pipelines weltweit. Im Kern bieten Jenkins Pipelines eine robuste, erweiterbare Tool-Suite zur Modellierung von Delivery-Pipelines "als Code". Dieser Ansatz ermöglicht es Entwicklungsteams, ihren gesamten CI/CD-Workflow in einer Jenkinsfile zu definieren, die sich zusammen mit ihrem Anwendungscode in einem Quellcode-Repository befindet.

Obwohl das Konzept von Pipeline as Code immense Vorteile wie Versionskontrolle, Wiederholbarkeit und Transparenz bietet, stellt Jenkins zwei unterschiedliche Syntaxen zur Definition dieser Pipelines bereit: Deklarativ (Declarative) und Skriptbasiert (Scripted). Das Verständnis der grundlegenden Unterschiede zwischen diesen beiden Syntaxen ist entscheidend für die effektive Orchestrierung komplexer CI/CD-Workflows, die Optimierung der Wartbarkeit und die Nutzung der vollen Leistungsfähigkeit von Jenkins. Dieser Artikel wird sich mit jeder Syntax befassen und ihre Merkmale, Vorteile, Einschränkungen untersuchen, um Ihnen bei der Entscheidung zu helfen, welcher Ansatz am besten für Ihr Team und Ihre Projektanforderungen geeignet ist.

Jenkins Pipelines verstehen

Bevor wir uns mit den Syntaxen befassen, sei kurz rekapituliert, was eine Jenkins Pipeline ist. Eine Pipeline ist eine Suite von Plugins, die die Implementierung und Integration von Continuous Delivery Pipelines in Jenkins unterstützt. Im Wesentlichen handelt es sich um eine Abfolge automatisierter Schritte, die den gesamten Softwarelieferprozess definieren, vom Code-Commit bis zur Bereitstellung. Diese Schritte werden in einer Jenkinsfile definiert, die typischerweise in Groovy geschrieben ist, und bieten eine leistungsstarke Möglichkeit, komplexe Build-, Test- und Bereitstellungsszenarien zu verwalten.

Jenkins Pipeline as Code bietet mehrere wichtige Vorteile:

• Versionskontrolle: Die Jenkinsfile wird, genau wie der Anwendungscode, in der Versionskontrolle gespeichert, was Versionierung, Auditing und Zusammenarbeit ermöglicht.
• Wiederholbarkeit: Stellt eine konsistente Ausführung des Bereitstellungsprozesses über verschiedene Umgebungen und Läufe hinweg sicher.
• Transparenz: Bietet eine klare und verständliche Sicht auf den gesamten Bereitstellungsprozess.
• Dauerhaftigkeit: Pipelines überstehen Neustarts des Jenkins Masters.
• Erweiterbarkeit: Durch Shared Libraries können komplexe Logiken abstrahiert und wiederverwendet werden.

Deklarative Pipelines

Eingeführt mit Pipeline Version 2.5, ist die Deklarative Pipeline eine modernere und meinungsstärkere (opinionated) Syntax, die das Schreiben und Verstehen von Pipelines vereinfachen soll. Sie bietet einen strukturierten Ansatz mit einer vordefinierten Blockstruktur, wodurch sie besonders für Neulinge bei Jenkins oder Groovy sehr gut lesbar und intuitiv ist.

Merkmale und Syntax

Deklarative Pipelines erzwingen eine spezifische Struktur, die durch übergeordnete Blöcke wie pipeline, agent, stages, steps, post, environment, parameters, options, triggers, tools, input und when definiert wird. Diese Struktur vereinfacht die Pipeline-Definition, indem sie klare Grenzen für verschiedene Teile des Workflows vorgibt.

Hier ist eine grundlegende Struktur einer Deklarativen Pipeline:

pipeline {
    agent any // Oder 'label', 'docker', etc.

    stages {
        stage('Build') {
            steps {
                echo 'Building the application...'
                sh 'mvn clean install'
            }
        }
        stage('Test') {
            steps {
                echo 'Running tests...'
                sh 'mvn test'
            }
        }
        stage('Deploy') {
            when {
                branch 'main'
            }
            steps {
                echo 'Deploying to production...'
                script {
                    // Skriptbasierte Logik kann hier eingefügt werden, falls absolut notwendig
                    // Zum Beispiel der Aufruf einer Shared Library Funktion
                    // mySharedLibrary.deployApplication()
                }
            }
        }
    }

    post {
        always {
            echo 'Pipeline finished.'
        }
        success {
            echo 'Pipeline succeeded!'
        }
        failure {
            echo 'Pipeline failed :('
        }
    }
}

Vorteile von Deklarativen Pipelines

• Einfachheit und Lesbarkeit: Die vordefinierte Struktur macht Pipelines auch für Nicht-Experten leicht lesbar und verständlich. Es fühlt sich eher wie eine Konfigurationsdatei an.
• Strukturierter Ansatz: Erzwingt Best Practices und Konsistenz über alle Pipelines hinweg, was die Lernkurve und das Fehlerrisiko reduziert.
• Eingebaute Funktionen: Bietet einen reichhaltigen Satz integrierter Funktionen für gängige CI/CD-Muster, wie bedingte Ausführung (when), Nachbearbeitungsschritte (post), parallele Stufenausführung und verschiedene Optionen zur Verwaltung des Pipeline-Flusses.
• Leichter zu erlernen: Entwickler ohne umfangreiche Groovy-Kenntnisse können dank der meinungsstarken Syntax schnell loslegen.
• Validierung: Jenkins bietet eine bessere statische Analyse und Validierung für Deklarative Pipelines und erkennt gängige Fehler vor der Ausführung.

Einschränkungen von Deklarativen Pipelines

• Weniger flexibel: Die starre Struktur kann für hochkomplexe oder dynamische Workflows einschränkend sein, die benutzerdefinierte Groovy-Logik außerhalb der vordefinierten Blöcke erfordern.
• Begrenzter direkter Groovy-Zugriff: Obwohl ein script-Block verwendet werden kann, um Skriptbasierte Syntax einzuschleusen, kann eine übermäßige Nutzung die Vorteile der Deklarativen Syntax untergraben und die Pipeline schwerer lesbar machen.

Wann Deklarative Pipelines verwendet werden sollten

Deklarative Pipelines sind die empfohlene Wahl für die meisten gängigen CI/CD-Szenarien. Sie sind ideal für:

• Teams, die neu bei Jenkins oder Pipeline as Code sind.
• Projekte mit einfachen oder mäßig komplexen Build-, Test- und Bereitstellungsprozessen.
• Die Sicherstellung von Konsistenz und Wartbarkeit über viele Pipelines hinweg.
• Die Nutzung der integrierten Funktionen von Jenkins für gängige Muster wie parallele Ausführung, bedingte Stufen und Benachrichtigungen.

Skriptbasierte Pipelines (Scripted Pipelines)

Die Skriptbasierte Pipeline, die direkt auf der Programmiersprache Groovy aufbaut, war die ursprüngliche Syntax für Jenkins Pipeline as Code. Sie bietet maximale Flexibilität und Leistung und ermöglicht es Entwicklern, hochgradig angepasste und dynamische Automatisierungsabläufe zu implementieren.

Merkmale und Syntax

Skriptbasierte Pipelines werden sequenziell von oben nach unten ausgeführt, ähnlich einem traditionellen Groovy-Skript. Sie verwenden die vollständige Groovy-Syntax und nutzen die Jenkins Pipeline DSL (Domain Specific Language) über Methoden wie node, stage, checkout, sh, git usw. Dies ermöglicht den direkten Zugriff auf die Jenkins API und die volle Leistungsfähigkeit der Groovy-Sprache.

Hier ist eine grundlegende Struktur einer Skriptbasierten Pipeline:

node('my-agent-label') {
    stage('Prepare') {
        echo 'Preparing the workspace...'
        checkout scm
    }

    stage('Build') {
        echo 'Building the application...'
        try {
            sh 'mvn clean install'
        } catch (err) {
            echo "Build failed: ${err}"
            // Benutzerdefinierte Fehlerbehandlung
            currentBuild.result = 'FAILURE'
            throw err
        }
    }

    stage('Test') {
        echo 'Running tests...'
        // Dynamische Ermittlung der Test-Suites
        def testSuites = sh(script: 'find tests -name "*.test"', returnStdout: true).trim().split('\n')
        if (testSuites.isEmpty()) {
            echo 'No tests found.'
        } else {
            for (suite in testSuites) {
                echo "Running test suite: ${suite}"
                sh "./run-test.sh ${suite}"
            }
        }
    }

    stage('Deploy') {
        // Komplexe bedingte Logik
        if (env.BRANCH_NAME == 'main' && currentBuild.currentResult == 'SUCCESS') {
            echo 'Deploying to production...'
            sh './deploy-prod.sh'
        } else if (env.BRANCH_NAME == 'develop') {
            echo 'Deploying to staging...'
            sh './deploy-staging.sh'
        } else {
            echo 'No deployment for this branch.'
        }
    }

    // Nachbearbeitungsschritte können mit try-finally-Blöcken oder benutzerdefinierter Logik implementiert werden
    // Zum Beispiel das Senden von Benachrichtigungen
    if (currentBuild.result == 'SUCCESS') {
        echo 'Pipeline completed successfully!'
        // notifySuccess()
    } else {
        echo 'Pipeline failed.'
        // notifyFailure()
    }
}

Vorteile von Skriptbasierten Pipelines

• Maximale Flexibilität: Bietet die volle Leistung von Groovy und ermöglicht hochgradig komplexe und dynamische Logik, benutzerdefinierte Schleifen, Fehlerbehandlung und Datenmanipulation.
• Direkter Jenkins API-Zugriff: Ermöglicht den direkten Zugriff auf die gesamte Jenkins API und damit eine detaillierte Steuerung von Job-Parametern, Build-Status und Integrationen.
• Dynamisches Verhalten: Ideal für Workflows, die eine dynamische Agentenzuweisung, parallele Ausführung basierend auf Laufzeitbedingungen oder fortgeschrittenes Ressourcenmanagement erfordern.
• Erweiterbarkeit: Hervorragend geeignet für die Erstellung ausgefeilter Shared Libraries, die wiederverwendbare, komplexe Logik für Deklarative Pipelines kapseln.

Einschränkungen von Skriptbasierten Pipelines

• Steilere Lernkurve: Erfordert fundierte Kenntnisse in Groovy, was eine Barriere für Teams darstellen kann, die mit der Sprache nicht vertraut sind.
• Weniger meinungsstark (Opinionated): Ohne eine strenge Struktur können Pipelines inkonsistent werden und sind über verschiedene Projekte oder Entwickler hinweg schwerer zu lesen oder zu warten.
• Fehleranfällig: Die Flexibilität von Groovy bedeutet mehr Möglichkeiten für Programmierfehler und weniger integrierte Validierung im Vergleich zur Deklarativen Syntax.
• Lesbarkeitsprobleme: Komplexe Skriptbasierte Pipelines können schnell schwer zu analysieren und zu verstehen sein, was die Zusammenarbeit und Fehlerbehebung behindert.
• Weniger Pipeline-spezifische Syntax: Viele gängige CI/CD-Muster (wie post-Aktionen oder when-Bedingungen) müssen manuell mithilfe von Groovy-Konstrukten (z. B. try-catch-finally, if-Anweisungen) implementiert werden.

Deklarativ vs. Skriptbasiert: Ein Vergleich im Überblick

Zur Zusammenfassung der Unterschiede finden Sie hier eine Vergleichstabelle:

Die richtige Syntax auswählen

Bei der Entscheidung zwischen Deklarativen und Skriptbasierten Pipelines sollten Sie die folgenden Faktoren berücksichtigen:

1. Groovy-Expertise des Teams: Wenn Ihrem Team starke Groovy-Kenntnisse fehlen, wird die Deklarative Syntax eine wesentlich flachere Lernkurve haben und die schnellere Einführung fördern.
2. Workflow-Komplexität: Für die meisten Standard-CI/CD-Workflows (Build, Test, Deploy) ist die Deklarative Syntax vollkommen ausreichend und oft aufgrund ihrer Lesbarkeit und eingebauten Funktionen überlegen. Für hochgradig dynamische, bedingte oder benutzerdefinierte ressourcenintensive Aufgaben kann die Skriptbasierte Syntax erforderlich sein.
3. Wartbarkeit und Lesbarkeit: Deklarative Pipelines sind im Allgemeinen leichter zu lesen und zu warten, insbesondere für große Organisationen mit vielen Pipelines und Entwicklern. Diese Konsistenz reduziert die kognitive Belastung.
4. Vorhandenes Pipeline-Ökosystem: Wenn Sie bestehende Skriptbasierte Pipelines oder einen robusten Satz von Shared Libraries haben, die mit der Skriptbasierten Syntax erstellt wurden, möchten Sie möglicherweise aus Konsistenzgründen dabei bleiben oder schrittweise auf die Deklarative Syntax umsteigen, wo es angebracht ist.
5. Zukünftiges Wachstum: Deklarative Pipelines sind in der Regel ausreichend und können durch benutzerdefinierte Logik über Shared Libraries erweitert werden, die selbst typischerweise in Skriptbasiertem Groovy geschrieben sind. Dies ist oft der beste Hybridansatz.

Best Practices für die Entscheidungsfindung

• Beginnen Sie mit der Deklarativen Syntax: Für neue Pipelines sollten Sie standardmäßig die Deklarative Syntax verwenden. Sie deckt die überwiegende Mehrheit der CI/CD-Anwendungsfälle ab und fördert Konsistenz und Lesbarkeit.
• Nutzen Sie Shared Libraries: Wenn Sie auf repetitive oder komplexe Logik in Ihren Deklarativen Pipelines stoßen, abstrahieren Sie diese Logik in eine Shared Library. Shared Libraries werden hauptsächlich in Skriptbasiertem Groovy geschrieben, sodass Sie das Beste aus beiden Welten kombinieren können: die Struktur der Deklarativen und die Flexibilität der Skriptbasierten Syntax.
• Vermeiden Sie übermäßiges Skripten in der Deklarativen Syntax: Obwohl die Deklarative Syntax script-Blöcke zulässt, sollten diese minimal gehalten werden. Wenn ein script-Block zu groß oder zu komplex wird, ist dies ein starker Hinweis darauf, dass die Logik in eine Funktion einer Shared Library verschoben werden sollte.
• Migration in Betracht ziehen: Wenn Sie Legacy-Skriptbasierte Pipelines haben, die schwer zu warten sind, ziehen Sie in Betracht, diese in die Deklarative Syntax umzugestalten und komplexe Teile in Shared Libraries zu verschieben.

Fazit

Sowohl die Deklarative als auch die Skriptbasierte Jenkins Pipeline-Syntax sind mächtige Werkzeuge zur Definition Ihrer CI/CD-Workflows. Die Deklarative Syntax bietet einen strukturierten, meinungsstarken und sehr gut lesbaren Ansatz, der ideal für die meisten Standard-CI/CD-Anforderungen und Teams ist, die Wert auf Benutzerfreundlichkeit und Konsistenz legen. Die Skriptbasierte Syntax hingegen bietet unübertroffene Flexibilität und Kontrolle und ist unverzichtbar für hochkomplexe, dynamische Szenarien und für die Entwicklung der grundlegenden Shared Libraries, welche die Deklarativen Pipelines ermöglichen.

Die moderne Empfehlung lautet, Deklarative Pipelines wegen ihrer Einfachheit und Wartbarkeit zu bevorzugen und Skriptbasierte Pipelines hauptsächlich innerhalb von Shared Libraries zu nutzen, um wiederverwendbare, komplexe Logik zu kapseln. Indem Sie die Stärken und Einschränkungen jeder Syntax verstehen, können Sie eine fundierte Entscheidung treffen, die am besten zu Ihrem Projekt, den Fähigkeiten Ihres Teams und Ihrer langfristigen CI/CD-Strategie passt und letztendlich zu robusterer, effizienterer und wartbarer Automatisierung führt. Viel Erfolg beim Pipelining!