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軟件性能測試的步驟介紹

更新時間:2019年11月12日15時14分 來源:傳智播客 瀏覽次數:

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:某游戲上線新功能,目標是全服游戲群體,結果上線后,先后出現了服務器崩潰,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放了許多獎勵。具體損失不表,為趕進度而發布的功能,也因為生產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的生產事故。在游戲行業還比較好,畢竟損失的只是虛擬的貨幣和玩家的游戲熱情,但是在傳統行業呢?

示例2:

傳統航空行業: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。

性能測試主要分為前端性能,網絡性能和后端性能

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

• 網絡性能:是指數據包在網絡中傳播時的性能,主要關注網絡帶寬,網絡吞吐量,網絡延時,丟包率等指標。

• 后端性能:前端發起請求后,經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數據庫等。主要關注TPS(Transaction Per Second 每秒事務請求數),CPU,內存,交換內存,IOPS(IO吞吐量),TCP連接數等指標)

3.性能測試的目標

總之,性能測試的目的,就是為了提前發現軟/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

• 執行階段

• 報告和總結階段

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性能需求分析階段

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

• 根據運營數據或者指標,確定性能測試要達到的目標,如:支持xx用戶并發,TPS達到多少,響應時間達到多少,還有CPU,網絡,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,主要對以下內容進行設計(根據實際情況設計,比如有的公司只看結果,就可以省略許多不必要的文案說明):

– 項目背景

– 項目結構

– 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:了解系統在靜置時的資源消耗,如cpu,io,網絡帶寬,網絡連接的情況。如果有干擾,務必排除。

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

– 負載測試:逐漸增加并發請求數,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。

– 穩定性測試:連續xx天內,在一定的并發下進行測試,查看服務器運行情況是否能達到需求設計

準備階段

• 搭建性能測試環境

• 設計性能測試用例

• 準備測試數據

• 編寫測試腳本

執行階段

• 運行性能監控工具

• 按照測試場景,執行測試用例。

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

• 調優

結果階段

• 總結測試結果,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,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,本質就是模擬客戶端請求,對服務器進行高并發,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,提出或者進行優化。

問題:

1. 怎么模擬高并發,高流量?

2. 怎么進行性能優化?

1. 怎么模擬高并發:

– 使用多線程技術,模擬高并發。

– 如果并發太高,如10w并發以上,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據即可

3. 怎么進行性能優化

– 這是個大問題,下文《怎么進行性能優化》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:TPS(Transaction Per Second 每秒事務請求數)。

我們再看一下TPS計算公式:

TPS = 總請求數/ 平均響應時間

總請求數:在一段時間內發送的所有請求數量

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:

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圖中,客戶端發送請求經過了互聯網到服務器,服務器經過內部處理,從數據庫中讀取了數據,然后把數據返回給客戶端。這過程中,經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:

• 網絡時間(T1+T2+T3+T4+T5),

• 服務器內部處理時間(N1),

• 數據庫處理時間(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化:提高網絡傳輸速率,服務器內部處理速率,數據庫處理速率,客戶端處理速率,其中客戶端處理速度也和服務端優化策略基本相同

性能優化:

網絡傳輸速率的提高:

1,采用光纖,配置路由表,縮短網絡傳輸距離與路由器躍點數量。

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

服務器內部處理速率的提高:

1. 計算密集型:優化思路是提高CPU利用率,采用多線程的思路進行。但是線程數量不能超過cpu核心數。因為線程數量超過cpu核心數后,cpu會分片執行超過部分的線程,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:

– 優化思路是提高存儲的效率,如使用固態硬盤,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核心數的線程來訪問IO,從而提高性能(但如果磁盤繁忙,線程數再多也只是在磁盤隊列中排隊,增加CPU線程數來訪問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:因為磁盤內部只有1個線程處理IO操作,所以要真正實現磁盤的并發,需要使用多個磁盤,也就是磁盤陣列

數據庫處理速率:

• 數據庫直接和IO進行交互,所以提高IO性能,能提高數據庫性能。

• 數據庫有自己的數據結構,所以優化數據存儲和查詢的相關算法,也能提高數據庫性能

• 索引優化

• 緩存優化

• 數據庫連接優化

• 數據庫查詢語句優化

• 分表分庫

• 分布式處理

性能優化方向也可以用一個思維導圖來表示:

硬件優化:加cpu升級,cpu陣列;使用ssd固態硬盤;主板用最先進的,內存用最高的,網絡用專線等等。

操作系統優化:

• windows操作系統,去掉不需要的服務,根據實際業務場景調整線程,虛擬內存,緩存的大小等相關配置項,需要專業人士操作

• Linux操作系統:與windows基本相同

中間件優化:根據不同的業務場景,選擇不同的中間件,調整配置等等,如nginx中啟用的cpu核心數量等等

架構優化: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,可以考慮優化代碼。

數據庫優化:優化索引,配置,數據庫連接,算法等等

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

其他:線程,進程,網絡等等

性能監控

我們要分析數據,就必須得到數據,所以需要性能監控工具來采集和展示數據,才能進行分析。

那么我們要怎么進行監控呢?這里我們可以借助已經實現的工具來進行。

Linux:

• 可以使用sysstat工具包中的sar命令來監控CPU,內存,IO,網絡的運行情況,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自帶的資源監視器監控和采集數據

數據庫監控:

• mysql數據庫有自帶的監控工具,但是收費

• 可以使用免費的工具進行監控,如innotop

• 可以使用綜合能力強大的工具監控,如zabbix(也能監控服務端)

其他:

• 前端性能監控:Yslow,谷歌開發者模式->performance,使用windows.performance 進行定制化開發

• Android監控:

– 網易開源的Emmagee,

– 騰訊開源的GT,

– 科大訊飛的iTest,

– Google的開源Battery

– 自己開發

• IOS監控:

– 自己開發,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,它就是jmeter

jmeter可以很好的支持并發操作,并有內置模塊收集TPS,響應時間等關鍵性能指標。服務端性能也可以使用jmeter插件來實現監控,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

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

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