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软件性能测试的步骤详细介绍

发布时间:2021-3-31
来源:

软件性能测试可以分为三大步:


第一步:了解性能测试


第二步:熟悉性能测试流程


第三步:从性能测试原理分析性能测试流程和相关的技术知识

下面我们详细介绍


一.了解后端性能测试

1.为什么要做性能测试?


1.1 这里提供了2个案例:


示例1:


游戏行业:某游戏上线新功能,目标是全服游戏群体,结果上线后,先后出现了服务器崩溃,游戏功能图标加载缓慢等问题,导致玩家怨声载道,为此,游戏运营商不得不发放了许多奖励。具体损失不表,为赶进度而发布的功能,也因为生产事故导致延期更长的时间


这就是典型的没有进行性能测试,或者说性能测试不充分导致出现的生产事故。在游戏行业还比较好,毕竟损失的只是虚拟的货币和玩家的游戏热情,但是在传统行业呢?


示例2:


传统航空行业:2019年9月5日,波音777X飞机在压力测试的过程中,舱门炸毁。


如果,波音的777X飞机没有经过压力测试就试飞了,那么当遇到同样的条件时,舱门必然炸毁,整个飞机就会直接暴露到高空低压低氧的环境,全飞机的人生存将会受到直接威胁。


通过这两个案例,我们知道,在一些极限的场景下,软/件和硬件会造成极大的破坏和损失,因此,我们需要进行性能测试,来验证软件在高压力下,高并发下,高负载下的实际工作情况。


2. 什么是性能测试?


性能测试就是模拟一些极端场景,对软/硬件性能进行测试,判断其极限性能和在极限性能边界上的运行状态。


性能测试主要分为前端性能,网络性能和后端性能


• 前端性能:是指对前端相关的数据指标进行测试,主要是HTTP请求,JavaScript,多媒体数据,CDN,缓存等进行测试,主要关注响应时间。一般优化方向是,缩小数据包,提高缓存命中率,即时响应。


• 网络性能:是指数据包在网络中传播时的性能,主要关注网络带宽,网络吞吐量,网络延时,丢包率等指标。


• 后端性能:前端发起请求后,经过的各类中间件和服务器处理的性能。比如:apache、nginx、rabbitmq、storm、zookeeper、dubbo、mysql数据库等。主要关注TPS(Transaction Per Second 每秒事务请求数),CPU,内存,交换内存,IOPS(IO吞吐量),TCP连接数等指标)


3.性能测试的目标


总之,性能测试的目的,就是为了提前发现软/硬件的瓶颈,从而可以进行评估和改进的一种测试。


本文重点介绍软件性能测试中的后端性能测试。


二.熟悉性能测试流程

本章节主要是为了介绍常用的性能测试流程


性能测试流程可以简单的划分为4个阶段:


• 性能需求分析阶段


• 准备阶段


• 执行阶段


• 报告和总结阶段


性能需求分析阶段


• 熟悉项目相关的资源,如:架构设计,软/硬件环境配置,线上业务运营数据(交易量、用户活跃度、请求分布等等)


• 根据运营数据或者指标,确定性能测试要达到的目标,如:支持xx用户并发,TPS达到多少,响应时间达到多少,还有CPU,网络,IO的负载情况等等


• 设计性能测试计划:与功能测试计划差不多,主要对以下内容进行设计(根据实际情况设计,比如有的公司只看结果,就可以省略许多不必要的文案说明):


– 项目背景


– 项目结构


– 测试功能/范围


– 软/硬件资源准备和对比


– 技术术语


– 时间/人力安排


– 度量方式


– 准入准出条件


– 各阶段需要接收和交付的文档


– 压测工具和监控工具


– 风险项


– 其他


• 设计性能测试场景


主要有以下场景:


– 基准测试:了解系统在静置时的资源消耗,如cpu,io,网络带宽,网络连接的情况。如果有干扰,务必排除。


– 单次连续请求测试:1次连续请求情况下的tps,响应时间,服务器资源消耗情况,主要用于参考。


– 负载测试:逐渐增加并发请求数,查看tps,响应时间,错误率,服务器资源消耗情况,主要用于分析最大性能。


– 压力测试:在最大性能的临界点上保持压力进行测试,查看服务器在高压力情况的处理情况。


– 稳定性测试:连续xx天内,在一定的并发下进行测试,查看服务器运行情况是否能达到需求设计


准备阶段


• 搭建性能测试环境


• 设计性能测试用例


• 准备测试数据


• 编写测试脚本


执行阶段


• 运行性能监控工具


• 按照测试场景,执行测试用例。


• 分析:分析性能瓶颈,针对不同的业务场景,分析的侧重点也不一样,比如计算密集型,IO密集型的业务,还有线程锁,垃圾回收机制等等


• 调优


结果阶段


• 总结测试结果,输出性能测试报告


三.了解性能测试需要用到的技术

本章节,主要是通过性能测试的原理,了解性能测试需要使用的各方面的知识和技术。


性能测试原理介绍:


性能测试,本质就是模拟客户端请求,对服务器进行高并发,高流量的压力测试,从而验证服务器提供服务的能力,并找出瓶颈点,提出或者进行优化。


问题:


1. 怎么模拟高并发,高流量?


2. 怎么进行性能优化?


1. 怎么模拟高并发:


– 使用多线程技术,模拟高并发。


– 如果并发太高,如10w并发以上,则需要使用负载均衡和分布式处理技术,jmeter工具支持多台机器作为负载机。


2. 怎么模拟高流量:


– 在每个请求中塞入大量数据即可


3. 怎么进行性能优化


– 这是个大问题,下文《怎么进行性能优化》会有更详细的讲解


那么怎么提升性能呢?我们首先介绍一个衡量性能标准的一个参数:TPS(Transaction Per Second 每秒事务请求数)。


我们再看一下TPS计算公式:


TPS = 总请求数/ 平均响应时间


总请求数:在一段时间内发送的所有请求数量


平均响应时间:所有请求的平均响应时间


通过这个公式,我们可以知道,当分母越小时,TPS越大。所以要提升性能,我们只需要提高平均响应时间就可以了。那么怎么减少平均响应时间呢?


所以我们可以就可以从这三个方向去优化:提高网络传输速率,服务器内部处理速率,数据库处理速率,客户端处理速率,其中客户端处理速度也和服务端优化策略基本相同


性能优化:


网络传输速率的提高:


1,采用光纤,配置路由表,缩短网络传输距离与路由器跃点数量。


2,如果是实时服务,那么需要配置缓存服务器,尽量避免缓存穿透


服务器内部处理速率的提高:


1. 计算密集型:优化思路是提高CPU利用率,采用多线程的思路进行。但是线程数量不能超过cpu核心数。因为线程数量超过cpu核心数后,cpu会分片执行超过部分的线程,会增加cpu读取线程缓存的压力,使计算能力下降


2. IO密集型:


– 优化思路是提高存储的效率,如使用固态硬盘,阵列,分布式等技术。


– 由于IO密集型中,CPU可能会等待IO操作完成。所以我们可以使用超过CPU核心数的线程来访问IO,从而提高性能(但如果磁盘繁忙,线程数再多也只是在磁盘队列中排队,增加CPU线程数来访问IO的方法,适用于IO读/写操作并不繁忙,但是需要长时间寻址的场景)


– 注意:因为磁盘内部只有1个线程处理IO操作,所以要真正实现磁盘的并发,需要使用多个磁盘,也就是磁盘阵列


数据库处理速率:


• 数据库直接和IO进行交互,所以提高IO性能,能提高数据库性能。


• 数据库有自己的数据结构,所以优化数据存储和查询的相关算法,也能提高数据库性能


• 索引优化


• 缓存优化


• 数据库连接优化


• 数据库查询语句优化


• 分表分库


• 分布式处理


性能优化方向也可以用一个思维导图来表示:


硬件优化:加cpu升级,cpu阵列;使用ssd固态硬盘;主板用最先进的,内存用最高的,网络用专线等等。


操作系统优化:


• windows操作系统,去掉不需要的服务,根据实际业务场景调整线程,虚拟内存,缓存的大小等相关配置项,需要专业人士操作


• Linux操作系统:与windows基本相同


中间件优化:根据不同的业务场景,选择不同的中间件,调整配置等等,如nginx中启用的cpu核心数量等等


架构优化:采用分布式存储架构,分布式服务器架构,负载均衡等


代码优化:许多问题都是代码的问题,如果代码问题能准确定位,可以考虑优化代码。


数据库优化:优化索引,配置,数据库连接,算法等等


算法优化:这个不提了,算法属于底层的优化,需要非常扎实的计算机基础知识和优秀的逻辑思维以及灵感


其他:线程,进程,网络等等


性能监控


我们要分析数据,就必须得到数据,所以需要性能监控工具来采集和展示数据,才能进行分析。


那么我们要怎么进行监控呢?这里我们可以借助已经实现的工具来进行。


Linux:


• 可以使用sysstat工具包中的sar命令来监控CPU,内存,IO,网络的运行情况,具体用法参考:http://lovesoo.org/linux-sar-command-detailed.html


• 可以使用ps命令查看线程运行情况


JAVA:可以使用jstack,jprofile,jstat,jmap,jps工具来进行查看,这是java自带的工具包,用于分析java的堆栈信息


Windows:


• 可以使用widnows自带的资源监视器监控和采集数据


数据库监控:


• mysql数据库有自带的监控工具,但是收费


• 可以使用免费的工具进行监控,如innotop


• 可以使用综合能力强大的工具监控,如zabbix(也能监控服务端)


其他:


• 前端性能监控:Yslow,谷歌开发者模式->performance,使用windows.performance 进行定制化开发


• Android监控:


– 网易开源的Emmagee,


– 腾讯开源的GT,


– 科大讯飞的iTest,


– Google的开源Battery


– 自己开发


• IOS监控:


• 服务器中间件:nginx,apache,dubbo,redis,kafka等


看到需要学习这么多技术,可能会让大家感到许多压力。但是大家不用慌,这里介绍一个开源的性能测试工具,功能强大也好用,不满意还可以二次开发,它就是jmeter


jmeter可以很好的支持并发操作,并有内置模块收集TPS,响应时间等关键性能指标。服务端性能也可以使用jmeter插件来实现监控,只要掌握jmeter工具的使用和性能测试流程,性能测试就不再遥远!


总结

想要做好性能测试,的确需要比较扎实的基本功和丰富的应用经验,但是如果想快速入门进行性能测试,可以重点掌握性能测试流程和jmeter工具就可以初步达到要求了。


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