Continuous Integration (CI) ist eine Methode aus der agilen Softwareentwicklung und vereinfacht die Integration von neuem Code in ein bestehendes Projekt, sodass es dabei zu keinen Problemen kommt. Dazu werden Codeentwicklungen in einem gemeinsamen Repository abgespeichert, in dem sie auch direkt zusammen getestet werden können und die Funktionalität sichergestellt werden kann.

Wie funktioniert Continuous Integration?

In vielen Softwareprojekten reicht es aufgrund der Komplexität oder zeitlichen Komponente nicht aus, dass nur ein einzelner Softwareentwickler programmiert. Somit steht ein Team aus Entwicklern vor der Problematik, dass sie gleichzeitig an verschiedenen Stellen im Code arbeiten und ihre jeweiligen Arbeiten zu einem gemeinsamen, funktionierenden Code zusammenführen müssen.

Dies kann noch zusätzlich zu Problemen führen, da möglicherweise verschiedene Versionen von Modulen, wie Pandas oder TensorFlow, genutzt werden und diese sich von der Version im endgültigen Projekt unterscheiden. All diese Problematiken erfordern vom Entwicklerteam ein hohes Maß an Kommunikation, um sich zu koordinieren und die Codeänderungen zu verbreiten. Das ist nicht nur sehr zeitaufwändig, sondern stört auch das produktive Arbeiten der Entwickler.

Continuous Integration stellt deshalb ein zentrales Repository in den Mittelpunkt, in dem alle Codeänderungen der Teammitglieder erfasst werden. Darin kann dann zentral getestet werden, ob die einzelnen Bestandteile ohne Probleme miteinander funktionieren. Zu Continuous Integration zählt auch die Idee, den Code in vielen kleinen Schritten hochzuladen, statt einmal am Ende des Projektes mehrere tausend Zeilen. Dadurch können Fehler früher entdeckt und behoben werden, statt sie am Ende des Programmierprozesses aufwändig suchen zu müssen.

Continuous Integration wird meist zusammen mit DevOps genutzt, vor allem in der Entwicklungsphase des DevOps Lebenszyklus.

Was ist der DevOps Lebenszyklus?

Der Lebenszyklus von DevOps beschreibt den zentralen Ablauf innerhalb der Softwareentwicklung. Die einzelnen Stufen werden in einem Projekt einmal durchlaufen und können auch nach Fertigstellung weiterhin genutzt werden, um die Anwendung durchgehend zu verbessern.

Je nach Quelle können sich die Benamungen der Stufen unterscheiden, jedoch wird immer derselbe Prozess beschrieben:

• Planung: Bevor mit der Softwareentwicklung gestartet werden kann, muss die neue Anwendung geplant werden. Darunter fallen Aufgaben wie das Definieren von Anforderungen, die Zusammensetzung des Projektteams oder der Zeitplan bis zum Livegang. In dieser Phase wird vor allem auf Konzepte der agilen Softwareentwicklung zurückgegriffen, wie Kanban-Boards oder Scrum.
• Entwicklung: In dieser Phase werden die Einzelteile der Anwendung programmiert, getestet und geprüft. Die Funktionalitätsprüfung findet in verschiedenen Stufen statt, die sich immer mehr der produktiven Umgebung annähern. In diesen können neue Funktionalitäten intensiv getestet werden ohne, dass die produktive Umgebung beeinflusst wird.
• Deployment: Beim Deployment wird die fertige Anwendung in einem produktiven Umfeld den Endanwendern zur Verfügung gestellt. Dazu zählt auch die Integration einer leistungsfähigen Infrastruktur, die die zu erwartenden Lasten handhaben kann.
• Betrieb: Kurz nachdem die Anwendung in ein produktives System überführt wurde, beginnt die Betriebsphase in der nachhaltig die einwandfreie Funktionalität des Programms sichergestellt wird. Dazu zählen beispielsweise die Überprüfung von Logs bei der Fehlerbehebung oder gegebenenfalls die Anpassung der Infrastruktur falls die Leistungsfähigkeit des Systems erhöht werden muss.
• Monitoring: In dieser Phase wird beobachtet, wie die Endanwender mit der Software interagieren und ob sie die Anforderungen aus der Planungsphase erfüllt oder nicht.
• Feedback: Die Ergebnisse der Monitoringphase werden nun evaluiert und entschieden, ob eine Verbesserung der Anwendung notwendigt ist. Dann startet der Lebenszyklus von neuem mit der Planungsphase.

Wie ist der Ablauf von Continuous Integration?

Sobald ein Programmierer eine neue Funktionalität in das Programm einarbeiten soll, greift er auf das zentrale Repository zu, in dem der aktuelle Stand des funktionierenden Codes liegt. Damit dieser Stand zentral für alle zugänglich ist, liegt dieser meist in der Cloud ab.

Diesen Stand zieht sich der Entwickler auf seinen lokalen Computer und nutzt diesen als Startpunkt für neuen Code. In dieser Umgebung wird nun die neue Funktionalität entwickelt und getestet. Obwohl bei Continuous Integration sehr kleinschrittig programmiert wird, können zwischen dem Stand aus dem Repository und der Fertigstellung durch den Entwickler mehrere Tage liegen in denen Änderungen am Repository stattgefunden haben.

Somit muss der Entwickler sicherstellen, dass die neuen Codebestandteile auch mit dem neuen Repository übereinstimmen und funktionieren. Dazu zieht er sich den neuen Stand aus dem Repository wieder auf seine lokale Umgebung und merged diesen mit dem neuen Code der letzten Tage. Es liegt nun am Programmierenden sicherzustellen, dass die neuen Funktionalitäten lokal mit den Neuerungen aus dem Repository funktionieren. Dazu behebt er alle Fehler, die bei der Zusammenführung aus dem aktuellen Repository und seinem neuen Code entstanden sind.

Abschließend lädt er den funktionierenden Stand wieder in das zentrale Repository hoch und testet ihn dort ein letztes Mal. Erst wenn sichergestellt, dass die Änderungen nun auch im Repository einwandfrei funktionieren, ist die Aufgabe abgeschlossen und der Programmierende kann sich einem neuen Problem zuwenden.

Welche Vorteile hat die Nutzung von Continuous Integration?

Continuous Integration wird mittlerweile in den meisten Programmierprojekten genutzt, da sich die Vorgehensweise etabliert hat. Die folgenden Vorteile haben dazu einen beträchtlichen Beitrag geleistet:

• Erhöhung der Produktivität: Programmierer können mithilfe von Continuous Integration deutlich schneller und zielgerichteter Arbeiten. Zeitfressende Aufgaben, wie die Abstimmung von Code oder das Testen der Funktionalität, fallen weg oder wurden um einiges beschleunigt.
• Fehlervermeidung bzw. schnelle Behebung von Bugs: Durch die sehr kleinteilige Arbeit und die vielen Testzyklen treten Fehler im Code deutlich seltener auf oder können sehr schnell gefunden werden, da nur kleine Funktionalitäten hinzugefügt wurden. Dadurch geht keine Zeit durch lange Fehlersuchen verloren.
• Schnelle Aktualisierungen: Continuous Integration kann auch für Softwareprojekte genutzt werden, die bereits in einem produktiven System sind. Dadurch können kleine Änderungen und Anpassungen deutlich schneller live genommen werden und damit die Zufriedenheit beim Kunden gesteigert werden.

Welche Nachteile bringt die Einführung von Continuous Integration?

Die Einführung von Continuous Integration kann auch zu einigen, wenn auch sehr wenigen, Nachteilen führen. In den meisten Projektteams muss es zu einer Umstellung der gewohnten Prozesse kommen. Diese sind teilweise schon lange etabliert und die Mitarbeiter daran gewöhnt. Wie auch in anderen Projekten, kann es bei solchen Umstellungen zu Problemen kommen, wenn die Mitarbeitenden nicht abgeholt und überzeugt von der Umstellung sind.

Des Weiteren muss es gegebenenfalls zu architektonischen Umstellungen kommen, damit die verschiedenen Umgebungen aufgebaut werden können, in denen der Code getestet werden kann. Dies kann je nach Ausgangsarchitektur ein sehr komplexer und auch teurer Prozess sein.

Wie hängen Continuous Deployment und Continuous Integration mit CI zusammen?

Continuous Delivery, Continuous Deployment und Continuous Integration sind verwandte Praktiken, die in der modernen Softwareentwicklung eingesetzt werden, um den Prozess der Erstellung, des Testens und der Bereitstellung von Software zu automatisieren. Obwohl sie häufig zusammen verwendet werden, haben diese Verfahren unterschiedliche Zwecke und Merkmale.

Unter kontinuierlicher Integration (Continuous Integration, CI) versteht man das häufige und automatische Zusammenführen von Codeänderungen in ein zentrales Repository sowie das Erstellen und Testen der Änderungen. Ziel ist es, Probleme frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen und zu beheben, bevor sie später teurer werden. Indem sichergestellt wird, dass Codeänderungen schnell integriert und getestet werden, können Teams ein hohes Maß an Codequalität aufrechterhalten und den Entwicklungsprozess beschleunigen.

Continuous Delivery (CD) ist die Automatisierung des gesamten Softwareveröffentlichungsprozesses, von der Erstellung über die Prüfung bis hin zur Bereitstellung. Mit Continuous Delivery kann Software jederzeit per Knopfdruck für die Produktion freigegeben werden. Das Ziel ist es, sicherzustellen, dass die Software immer bereit für die Freigabe ist, wodurch das Risiko menschlicher Fehler verringert und die Markteinführung beschleunigt wird.

Continuous Deployment (CDep) ist die Praxis, Codeänderungen automatisch in die Produktion zu überführen, sobald sie die Tests bestanden haben. Dies erfordert ein hohes Maß an Vertrauen in den automatisierten Testprozess und die Codequalität. Die kontinuierliche Bereitstellung kann Teams dabei helfen, die Zeit zwischen der Entwicklung neuer Funktionen und ihrer Bereitstellung für die Benutzer zu verkürzen und die mit der manuellen Bereitstellung verbundene Zeit und Kosten zu reduzieren.

In der Praxis arbeiten diese drei Verfahren zusammen, um eine kontinuierliche Feedbackschleife zu schaffen, in der Codeänderungen häufig und automatisch integriert, getestet und bereitgestellt werden. Auf diese Weise können Teams eine schnellere und zuverlässigere Softwarebereitstellung erreichen, mit weniger Fehlern und häufigeren Releases.

Um die kontinuierliche Integration, Bereitstellung und Verteilung zu implementieren, müssen Teams eine Reihe von Tools und Technologien verwenden, darunter Versionskontrollsysteme, automatisierte Test-Frameworks, Build-Server und Verteilungs-Tools. Außerdem müssen sie bewährte Praktiken für die Codeverwaltung, das Testen und die Bereitstellung befolgen, z. B. die Pflege eines sauberen Code-Repositorys, das Schreiben automatisierter Tests und die Verwendung von Bereitstellungspipelines zur Automatisierung des Bereitstellungsprozesses.

Insgesamt sind kontinuierliche Integration, Bereitstellung und Einsatz wesentliche Praktiken für die moderne Softwareentwicklung. Durch die Automatisierung des Prozesses der Erstellung, des Testens und der Bereitstellung von Software können Teams schnellere und zuverlässigere Releases mit weniger Fehlern und geringeren Kosten erzielen.

Das solltest Du mitnehmen

• Continuous Integration (CI) ist eine Methode aus der agilen Softwareentwicklung und vereinfacht die Integration von neuem Code in ein bestehendes Projekt, sodass es dabei zu keinen Problemen kommt.
• Es ist auch Teil des sogenannten DevOps Lebenszyklus.
• Durch Continuous Integration kann die Produktivität von Entwicklern deutlich erhöht werden.

Andere Beiträge zum Thema Continuous Integration

Für die Erstellung dieses Beitrags wurden die folgenden Artikel als Quellen genutzt:

• Atlassian
• Amazon Web Services