軟件性能測試的步驟介紹

要解決性能測試這個問題，我們可以分為三大步：

第一步：了解性能測試

第二步：熟悉性能測試流程

第三步：從性能測試原理分析性能測試流程和相關的技術知識

下面我們詳細介紹

一.了解后端性能測試

1.為什么要做性能測試？

1.1 這里提供了2個案例：

示例1：

游戲行業(yè)：某游戲上線新功能，目標是全服游戲群體，結(jié)果上線后，先后出現(xiàn)了服務器崩潰，游戲功能圖標加載緩慢等問題，導致玩家怨聲載道，為此，游戲運營商不得不發(fā)放了許多獎勵。具體損失不表，為趕進度而發(fā)布的功能，也因為生產(chǎn)事故導致延期更長的時間

這就是典型的沒有進行性能測試，或者說性能測試不充分導致出現(xiàn)的生產(chǎn)事故。在游戲行業(yè)還比較好，畢竟損失的只是虛擬的貨幣和玩家的游戲熱情，但是在傳統(tǒng)行業(yè)呢?

示例2：

傳統(tǒng)航空行業(yè)：2019年9月5日，波音777X飛機在壓力測試的過程中，艙門炸毀。

如果，波音的777X飛機沒有經(jīng)過壓力測試就試飛了，那么當遇到同樣的條件時，艙門必然炸毀，整個飛機就會直接暴露到高空低壓低氧的環(huán)境，全飛機的人生存將會受到直接威脅。

通過這兩個案例，我們知道，在一些極限的場景下，軟/件和硬件會造成極大的破壞和損失，因此，我們需要進行性能測試，來驗證軟件在高壓力下，高并發(fā)下，高負載下的實際工作情況。

2. 什么是性能測試?

性能測試就是模擬一些極端場景，對軟/硬件性能進行測試，判斷其極限性能和在極限性能邊界上的運行狀態(tài)。

性能測試主要分為前端性能，網(wǎng)絡性能和后端性能

• 前端性能：是指對前端相關的數(shù)據(jù)指標進行測試，主要是HTTP請求，JavaScript，多媒體數(shù)據(jù)，CDN，緩存等進行測試，主要關注響應時間。一般優(yōu)化方向是，縮小數(shù)據(jù)包，提高緩存命中率，即時響應。

• 網(wǎng)絡性能：是指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中傳播時的性能，主要關注網(wǎng)絡帶寬，網(wǎng)絡吞吐量，網(wǎng)絡延時，丟包率等指標。

• 后端性能：前端發(fā)起請求后，經(jīng)過的各類中間件和服務器處理的性能。比如：apache、nginx、rabbitmq、storm、zookeeper、dubbo、mysql數(shù)據(jù)庫等。主要關注TPS(Transaction Per Second 每秒事務請求數(shù))，CPU，內(nèi)存，交換內(nèi)存，IOPS(IO吞吐量)，TCP連接數(shù)等指標)

3.性能測試的目標

總之，性能測試的目的，就是為了提前發(fā)現(xiàn)軟/硬件的瓶頸，從而可以進行評估和改進的一種測試。

本文重點介紹軟件性能測試中的后端性能測試。

二.熟悉性能測試流程

本章節(jié)主要是為了介紹常用的性能測試流程

性能測試流程可以簡單的劃分為4個階段：

• 性能需求分析階段

• 準備階段

• 執(zhí)行階段

• 報告和總結(jié)階段

性能需求分析階段

• 熟悉項目相關的資源，如：架構設計，軟/硬件環(huán)境配置，線上業(yè)務運營數(shù)據(jù)(交易量、用戶活躍度、請求分布等等)

• 根據(jù)運營數(shù)據(jù)或者指標，確定性能測試要達到的目標，如：支持xx用戶并發(fā)，TPS達到多少，響應時間達到多少，還有CPU，網(wǎng)絡，IO的負載情況等等

• 設計性能測試計劃：與功能測試計劃差不多，主要對以下內(nèi)容進行設計(根據(jù)實際情況設計，比如有的公司只看結(jié)果，就可以省略許多不必要的文案說明)：

– 項目背景

– 項目結(jié)構

– 測試功能/范圍

– 軟/硬件資源準備和對比

– 技術術語

– 時間/人力安排

– 度量方式

– 準入準出條件

– 各階段需要接收和交付的文檔

– 壓測工具和監(jiān)控工具

– 風險項

– 其他

• 設計性能測試場景

主要有以下場景：

– 基準測試：了解系統(tǒng)在靜置時的資源消耗，如cpu,io,網(wǎng)絡帶寬，網(wǎng)絡連接的情況。如果有干擾，務必排除。

– 單次連續(xù)請求測試：1次連續(xù)請求情況下的tps，響應時間，服務器資源消耗情況，主要用于參考。

– 負載測試：逐漸增加并發(fā)請求數(shù)，查看tps，響應時間，錯誤率，服務器資源消耗情況，主要用于分析最大性能。

– 壓力測試：在最大性能的臨界點上保持壓力進行測試，查看服務器在高壓力情況的處理情況。

– 穩(wěn)定性測試：連續(xù)xx天內(nèi)，在一定的并發(fā)下進行測試，查看服務器運行情況是否能達到需求設計

準備階段

• 搭建性能測試環(huán)境

• 設計性能測試用例

• 準備測試數(shù)據(jù)

• 編寫測試腳本

執(zhí)行階段

• 運行性能監(jiān)控工具

• 按照測試場景，執(zhí)行測試用例。

• 分析：分析性能瓶頸，針對不同的業(yè)務場景，分析的側(cè)重點也不一樣，比如計算密集型，IO密集型的業(yè)務，還有線程鎖，垃圾回收機制等等

• 調(diào)優(yōu)

結(jié)果階段

• 總結(jié)測試結(jié)果，輸出性能測試報告

三.了解性能測試需要用到的技術

本章節(jié)，主要是通過性能測試的原理，了解性能測試需要使用的各方面的知識和技術。

性能測試原理介紹：

性能測試，本質(zhì)就是模擬客戶端請求，對服務器進行高并發(fā)，高流量的壓力測試，從而驗證服務器提供服務的能力，并找出瓶頸點，提出或者進行優(yōu)化。

問題：

1. 怎么模擬高并發(fā)，高流量?

2. 怎么進行性能優(yōu)化?

1. 怎么模擬高并發(fā)：

– 使用多線程技術，模擬高并發(fā)。

– 如果并發(fā)太高，如10w并發(fā)以上，則需要使用負載均衡和分布式處理技術，jmeter工具支持多臺機器作為負載機。

2. 怎么模擬高流量：

– 在每個請求中塞入大量數(shù)據(jù)即可

3. 怎么進行性能優(yōu)化

– 這是個大問題，下文《怎么進行性能優(yōu)化》會有更詳細的講解

那么怎么提升性能呢?我們首先介紹一個衡量性能標準的一個參數(shù)：TPS(Transaction Per Second 每秒事務請求數(shù))。

我們再看一下TPS計算公式：

TPS = 總請求數(shù)/ 平均響應時間

總請求數(shù)：在一段時間內(nèi)發(fā)送的所有請求數(shù)量

平均響應時間：所有請求的平均響應時間

通過這個公式，我們可以知道，當分母越小時，TPS越大。所以要提升性能，我們只需要提高平均響應時間就可以了。那么怎么減少平均響應時間呢?【本文來自：黑馬程序員】

我們先看一個客戶端到服務器的請求流程圖：

圖中，客戶端發(fā)送請求經(jīng)過了互聯(lián)網(wǎng)到服務器，服務器經(jīng)過內(nèi)部處理，從數(shù)據(jù)庫中讀取了數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)返回給客戶端。這過程中，經(jīng)歷的時間大致可以分為：C1+T1+T2+T3+N2+T4+T5。

所以，要把平均響應時間縮小，我們只需要縮小這8個時間就夠了，其中主要包括：

• 網(wǎng)絡時間(T1+T2+T3+T4+T5)，

• 服務器內(nèi)部處理時間(N1)，

• 數(shù)據(jù)庫處理時間(N2)，

• 客戶端處理時間(C1)。

所以我們可以就可以從這三個方向去優(yōu)化：提高網(wǎng)絡傳輸速率，服務器內(nèi)部處理速率，數(shù)據(jù)庫處理速率,客戶端處理速率，其中客戶端處理速度也和服務端優(yōu)化策略基本相同

性能優(yōu)化：

網(wǎng)絡傳輸速率的提高：

1，采用光纖，配置路由表，縮短網(wǎng)絡傳輸距離與路由器躍點數(shù)量。

2，如果是實時服務，那么需要配置緩存服務器，盡量避免緩存穿透

服務器內(nèi)部處理速率的提高：

1. 計算密集型：優(yōu)化思路是提高CPU利用率，采用多線程的思路進行。但是線程數(shù)量不能超過cpu核心數(shù)。因為線程數(shù)量超過cpu核心數(shù)后，cpu會分片執(zhí)行超過部分的線程，會增加cpu讀取線程緩存的壓力，使計算能力下降

2. IO密集型：

– 優(yōu)化思路是提高存儲的效率，如使用固態(tài)硬盤，陣列，分布式等技術。

– 由于IO密集型中，CPU可能會等待IO操作完成。所以我們可以使用超過CPU核心數(shù)的線程來訪問IO，從而提高性能(但如果磁盤繁忙，線程數(shù)再多也只是在磁盤隊列中排隊，增加CPU線程數(shù)來訪問IO的方法，適用于IO讀/寫操作并不繁忙，但是需要長時間尋址的場景)

– 注意：因為磁盤內(nèi)部只有1個線程處理IO操作，所以要真正實現(xiàn)磁盤的并發(fā)，需要使用多個磁盤，也就是磁盤陣列

數(shù)據(jù)庫處理速率：

• 數(shù)據(jù)庫直接和IO進行交互，所以提高IO性能，能提高數(shù)據(jù)庫性能。

• 數(shù)據(jù)庫有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構，所以優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲和查詢的相關算法，也能提高數(shù)據(jù)庫性能

• 索引優(yōu)化

• 緩存優(yōu)化

• 數(shù)據(jù)庫連接優(yōu)化

• 數(shù)據(jù)庫查詢語句優(yōu)化

• 分表分庫

• 分布式處理

性能優(yōu)化方向也可以用一個思維導圖來表示：

硬件優(yōu)化：加cpu升級，cpu陣列;使用ssd固態(tài)硬盤;主板用最先進的，內(nèi)存用最高的，網(wǎng)絡用專線等等。

操作系統(tǒng)優(yōu)化：

• windows操作系統(tǒng)，去掉不需要的服務，根據(jù)實際業(yè)務場景調(diào)整線程，虛擬內(nèi)存，緩存的大小等相關配置項，需要專業(yè)人士操作

• Linux操作系統(tǒng)：與windows基本相同

中間件優(yōu)化：根據(jù)不同的業(yè)務場景，選擇不同的中間件，調(diào)整配置等等，如nginx中啟用的cpu核心數(shù)量等等

架構優(yōu)化：采用分布式存儲架構，分布式服務器架構，負載均衡等

代碼優(yōu)化：許多問題都是代碼的問題，如果代碼問題能準確定位，可以考慮優(yōu)化代碼。

數(shù)據(jù)庫優(yōu)化：優(yōu)化索引，配置，數(shù)據(jù)庫連接，算法等等

算法優(yōu)化：這個不提了，算法屬于底層的優(yōu)化，需要非常扎實的計算機基礎知識和優(yōu)秀的邏輯思維以及靈感

其他：線程，進程，網(wǎng)絡等等

性能監(jiān)控

我們要分析數(shù)據(jù)，就必須得到數(shù)據(jù)，所以需要性能監(jiān)控工具來采集和展示數(shù)據(jù)，才能進行分析。

那么我們要怎么進行監(jiān)控呢?這里我們可以借助已經(jīng)實現(xiàn)的工具來進行。

Linux：

• 可以使用sysstat工具包中的sar命令來監(jiān)控CPU，內(nèi)存，IO，網(wǎng)絡的運行情況，具體用法參考：http://lovesoo.org/linux-sar-command-detailed.html

• 可以使用ps命令查看線程運行情況

JAVA：可以使用jstack,jprofile,jstat,jmap,jps工具來進行查看，這是java自帶的工具包，用于分析java的堆棧信息

Windows：

• 可以使用widnows自帶的資源監(jiān)視器監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫監(jiān)控：

• mysql數(shù)據(jù)庫有自帶的監(jiān)控工具，但是收費

• 可以使用免費的工具進行監(jiān)控，如innotop

• 可以使用綜合能力強大的工具監(jiān)控，如zabbix(也能監(jiān)控服務端)

其他：

• 前端性能監(jiān)控：Yslow，谷歌開發(fā)者模式->performance,使用windows.performance 進行定制化開發(fā)

• Android監(jiān)控：

– 網(wǎng)易開源的Emmagee，

– 騰訊開源的GT，

– 科大訊飛的iTest，

– Google的開源Battery

– 自己開發(fā)

• IOS監(jiān)控：

– 自己開發(fā)，參考：http://www.cocoachina.com/articles/19680

• 服務器中間件：nginx，apache，dubbo，redis，kafka等

看到需要學習這么多技術，可能會讓大家感到許多壓力。但是大家不用慌，這里介紹一個開源的性能測試工具，功能強大也好用，不滿意還可以二次開發(fā)，它就是jmeter

jmeter可以很好的支持并發(fā)操作，并有內(nèi)置模塊收集TPS，響應時間等關鍵性能指標。服務端性能也可以使用jmeter插件來實現(xiàn)監(jiān)控，只要掌握jmeter工具的使用和性能測試流程，性能測試就不再遙遠!

總結(jié)

想要做好性能測試，的確需要比較扎實的基本功和豐富的應用經(jīng)驗，但是如果想快速入門進行性能測試，可以重點掌握性能測試流程和jmeter工具就可以初步達到要求了。

本文來自：黑馬程序員軟件測試學院