48 張圖 | 手摸手教你微服務(wù)的性能監(jiān)控、壓測和調(diào)優(yōu)

本文的開源實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目：https://github.com/Jackson0714/PassJava-Platform

本文已收錄至：www.passjava.cn

一、何為壓力測試

1.1、 大白話解釋

• 性能壓測是什么：就是考察當(dāng)前軟件和硬件環(huán)境下，系統(tǒng)所能承受的最大負(fù)荷，并幫助找出系統(tǒng)的瓶頸所在。

• 性能壓測的目的：為了系統(tǒng)在線上的處理能力和穩(wěn)定性維持在一個標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，做到知己知彼，百戰(zhàn)不殆。還可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏、并發(fā)與同步的問題。

1.2、性能指標(biāo)

• RepsonseTime - RT：響應(yīng)時間，用戶從客戶端發(fā)起一個請求開始計算，到客戶端接收到服務(wù)端的響應(yīng)結(jié)束，整個過程所耗費(fèi)的時間。
• Hits Per Second - HPS：用戶每秒點(diǎn)擊次數(shù)，也就是每秒向后臺發(fā)送的請求次數(shù)。
• QPS：系統(tǒng)每秒內(nèi)處理查詢的次數(shù)。
• MaxRT：最大響應(yīng)時間，指用戶發(fā)出請求到服務(wù)端返回響應(yīng)的最大時間。
• MiniRT：最少響應(yīng)時間，指用戶發(fā)出請求到服務(wù)端返回響應(yīng)的最少時間。
• 90%響應(yīng)時間：將所有用戶的響應(yīng)時間進(jìn)行升序排序，取 90 % 的位置。
• 性能測試關(guān)注點(diǎn)：
• 吞吐量：每秒鐘系統(tǒng)能處理的請求數(shù)、任務(wù)數(shù)。
• 響應(yīng)時間：服務(wù)處理一個請求或一個任務(wù)的耗時。
• 錯誤率：一批請求中結(jié)果出過錯的請求所占比例。

二、Jmeter 壓測工具

1、Jmeter 工具

• 下載和安裝 Jmeter 工具

下載地址：

https://jmeter.apache.org/download_jmeter.cgi

我下載的版本是 apache-jmeter-5.3

• 運(yùn)行 JMeter 程序

打開批處理文件：\apache-jmeter-5.3\bin\jmeter.bat。如下圖所示：

• 添加線程組，如下圖所示：

• 1s 內(nèi)啟動 200 個線程，循環(huán)次數(shù) 100 次。2 w 個請求。如下圖所示：

• 測試 HTTP 請求，如下圖所示：

配置要測試的協(xié)議、服務(wù)器地址、端口號。配置信息如下：

協(xié)議：使用 http 協(xié)議。

服務(wù)器名稱或 IP: www.baidu.com (只是為了演示)。

端口號：80 端口。

如下圖所示：

• 添加查看結(jié)果樹、匯總報告和聚合報告。如下圖所示：

• 開始壓力測試。

  點(diǎn)擊播放按鈕就開始啟動了。注意啟動之前需要先設(shè)置線程組的參數(shù)配置和 HTTP 請求的配置。如下圖所示：

• 查看每個請求結(jié)果，如下圖所示：

• 查看匯總報告。

  主要關(guān)心平均值和吞吐量。

  200 個線程，每個線程調(diào)用 100 次，總共 2 w 次，可以看到下圖中表格中的樣本列也是 2 w，請求所耗費(fèi)的時間是 151 ms，吞吐量是 880 個請求每秒。如下圖所示：

• 查看聚合報告。

主要看中位數(shù)和90%百分位，

中位數(shù)是 59 ms，說明大部分請求的響應(yīng)時間是 59 ms。

90 % 的請求 都是在 271 ms 以內(nèi)響應(yīng)完成的。

異常 0.41% 說明 2 w 個請求中有 82 個請求異常（20000 * 0.0041 = 82 ）。

吞吐量 880.2/sec 說明百度這個網(wǎng)站每秒能處理 880 個請求，性能一般（可能跟本地機(jī)器性能有關(guān)）。

如下圖所示：

• 查看匯總圖。

查看匯總圖時，需要先勾選想要查看的信息，如下圖所示：

然后查看圖形匯總：

可以看到勾選的幾列在圖表中是用不同顏色表示的，比如綠色的柱狀條就是 90 % 百分位。

我們來測試下 PassJava（佳必過）的管理后臺的性能，吞吐量接近 2000/s。如下圖所示：

三、性能監(jiān)控之 jconsole

jconsole 和 jvisualvm 是 Java JDK 的兩個小工具，用來監(jiān)控內(nèi)存泄漏、跟蹤垃圾回收、執(zhí)行時的內(nèi)存情況、對 CPU 進(jìn)行分析、線程的分析。都可以通過命令行啟動，而且可以監(jiān)控本地和遠(yuǎn)程應(yīng)用。而 jvisualvm 是升級版的 jconsole。我們先來看下 jconsole 的使用。

首先用 cmd 命令行的方式啟動 jconsole。

啟動 jconsole??????????????????????????????????????????????????

選擇監(jiān)控哪個應(yīng)用

然后選擇 passjava 項(xiàng)目的 question 服務(wù)。

對應(yīng)的就是下面這個微服務(wù)：passjava-question。

概覽

從監(jiān)控界面上有 6 個菜單，首先看到的是概覽功能，上面有堆內(nèi)存使用量、線程數(shù)、類的使用情況、CPU 占用率，都是用趨勢圖來表示的，能很方便的看出當(dāng)前性能的概覽。注意：這些監(jiān)控都是實(shí)時的。

內(nèi)存

下面是內(nèi)存的使用情況，可以從下圖中看到有個下拉框，里面可以選擇不同的內(nèi)存維度，然后下面的圖標(biāo)和柱狀圖也會跟著選擇的維度而展示不同。

內(nèi)存

下面是線程的使用情況，可以看到線程峰值和活動線程的總數(shù)量，目前看到的峰值是59，活動線程數(shù)是 57。下半部分可以看到具體是哪些線程，以及線程的堆棧信息，非常詳細(xì)。

類

下面是類的加載和卸載情況，已加載類總數(shù)是 10679，而已卸載的類是 1 個，所以當(dāng)前已加裝當(dāng)前類的總數(shù)是 10679 - 1 = 10678 個。

VM 概要

我們再來看下VM（虛擬機(jī)）的情況。如下圖所示，可以看到虛擬機(jī)情況，線程、類、堆的概要信息，以及 VM 的參數(shù)，是不是很方便呀~

MBean 信息

接下來我們來看下 MBean 信息。對于 MBean，可能很多同學(xué)不知道是啥，下面做個解釋：

MBean就是一種規(guī)范的JavaBean，通過集成和實(shí)現(xiàn)一套標(biāo)準(zhǔn)的Bean接口，這種叫MBean。MBean可以用來干嘛？就是可以有一套JDK級別的對外的服務(wù)接口。比如，你寫了一個JVM允許狀態(tài)輔助查詢的Bean,你希望別人下載一個Jconsole就可以看到你寫的杰作。那你就可以考慮用MBean規(guī)范來實(shí)現(xiàn)。很多垃圾收集器算法Bean就這么干的（說的就是這個類sun.management.MemoryImpl）。

四、性能監(jiān)控之 jvisualvm

jvisualvm 比 jconsole 更強(qiáng)大，界面展示的信息更豐富。還可以安裝插件，太贊了。

啟動 jvisualvm 和概述

啟動方式和 jconsole 一樣，也是通過 cmd 命令行啟動。還是選擇 passjava-question 微服務(wù)，然后選擇第一個菜單欄：概述。可以看到 JVM 的版本，啟動參數(shù)等信息。

監(jiān)視

監(jiān)視 CPU、堆、類、線程的情況。整體顯示的效果比 jconsole 更美觀。

線程

再來查下線程的情況。可以看到有 5 種狀態(tài)的線程：

• 運(yùn)行：正在運(yùn)行的線程。
• 休眠：休眠狀態(tài)的線程。
• 等待：等待執(zhí)行的線程。
• 駐留：線程里面的空閑線程。
• 監(jiān)視：阻塞的線程，正在等待鎖。

抽樣器

另外我們也可以抽樣器對 CPU 或內(nèi)存進(jìn)行抽樣。如下圖所示，對內(nèi)存進(jìn)行抽樣。

插件的使用

安裝Visual GC 插件

安裝步驟：工具->插件->可用插件->Visual GC->安裝。安裝完成后，重啟就可以使用插件功能了。

安裝完成后，就可以看到

下圖是實(shí)時監(jiān)控垃圾回收的情況。

五、對網(wǎng)關(guān)的性能測試

現(xiàn)在我想對 Passjava 系統(tǒng)的 question 微服務(wù)的接口進(jìn)行一個壓測，該如何進(jìn)行呢？

首先我們來看下 passjava 的架構(gòu)是怎么樣的，如下圖所示：

客戶端分為手機(jī)端和 PC 端，http 請求先經(jīng)過 API Gateway，然后再轉(zhuǎn)發(fā)到 question 微服務(wù)。其中涉及到了中間件：Gateway 網(wǎng)關(guān)。

我們來對 Gateway 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行壓力測試。

網(wǎng)關(guān)的端口號是 8060，我們配置下 JMeter。如下圖所示：

配置每秒發(fā)送 200 個請求，一直循環(huán)執(zhí)行，直到手動停止壓測。如下圖所示：

可以看下執(zhí)行結(jié)果，吞吐量在 2422 個每秒，還是比較高的。

吞吐量：2422/s 。

90% 響應(yīng)時間：142 毫秒。

99% 響應(yīng)時間：281 毫秒。

我們再來看看垃圾回收的情況，Eden 區(qū)垃圾回收用時 2.7 s，用時太長了吧，看看這里怎么能優(yōu)化下。

通常的優(yōu)化方向是增大新生代堆內(nèi)存配置。

六、對微服務(wù)的性能測試

根據(jù)上面的架構(gòu)原理圖，我們知道客戶端請求都是經(jīng)過 Gateway 轉(zhuǎn)發(fā)了一次的，如果我們想單獨(dú)看下微服務(wù)的性能該怎么測試呢？下面我來演示下如何測試 passjava-question 微服務(wù)的性能。

首先需要在 passjava-question 微服務(wù)中添加一個測試方法：

有兩種方式測試這個 api 是否添加正確。

第一種用 postman 測試下這個請求是否能正確響應(yīng)，返回 “test” 則表示響應(yīng)正確。

第二種通過瀏覽器進(jìn)行測試。瀏覽器地址欄輸入以下鏈接后，回車，看下瀏覽器窗口是否顯示 “test”，是則表示響應(yīng)正確。

然后我們需要用 Jmeter 壓測工具來測試這個微服務(wù)下的 api 的性能究竟如何。

吞吐量：3542/s 。

90% 響應(yīng)時間：100 毫秒。

99% 響應(yīng)時間：152 毫秒。

七、對網(wǎng)關(guān)+微服務(wù)的性能測試

如果我們想對這個整個請求鏈路進(jìn)行性能測試該怎么做？

首先請求需要先經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到微服務(wù)。在之前的文章中，我已經(jīng)將網(wǎng)關(guān)配置好了，所以要想通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到 test 請求，只需要對請求路徑稍作修改即可，如下所示：

http://localhost:8060/api/question/v1/admin/question/test

然后在瀏覽器輸入該網(wǎng)址，返回 “test” 即表示響應(yīng)正確。

然后我們還是用 Jmeter 壓測工具測試下 test api 的性能。測試結(jié)果如下圖所示：

從結(jié)果可以看到：

吞吐量：982/s 。

90% 響應(yīng)時間：437 毫秒。

99% 響應(yīng)時間：790毫秒。

這里做個橫向?qū)Ρ龋?/p>

說明微服務(wù) api 經(jīng)過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)一次后，性能至少下降了一半。可以得出結(jié)果：中間件越多，性能損失越大，大部分損失都是網(wǎng)絡(luò)交互導(dǎo)致的。可以通過增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量來減少網(wǎng)絡(luò)的延遲。

八、對數(shù)據(jù)庫查詢進(jìn)行優(yōu)化

一般情況下，出現(xiàn)性能問題更多的是業(yè)務(wù)中查詢數(shù)據(jù)庫的耗時。接下來看下如何優(yōu)化數(shù)據(jù)的查詢。

下面是一個查詢問題列表的 api：通過問題類型 type 字段過濾問題列表。api 路徑如下：

http://localhost:11000/question/v1/admin/question/list?type=5

這個 api 的代碼如下，很容易看懂。

我們加些測試代碼：統(tǒng)計查詢數(shù)據(jù)庫的耗時。如下所示：

然后重啟 passjava-question 服務(wù)，再次測試這個 api，耗時 43 ms

怎么對查詢進(jìn)行優(yōu)化呢？很容易想到加索引，我們來試下加在 question 表加索引后的效果。給 type 字段加上普通索引，如下圖所示：

我們再來看下加了索引后的耗時情況：耗時 18 ms，確實(shí)比之前的 43 ms 快了很多。

九、優(yōu)化垃圾回收

我們可以通過 jvisulavm工具查看垃圾回收的情況，Eden 區(qū)頻繁發(fā)生 GC，短時間（1分鐘）內(nèi)共造成了 480 次 stop the world。另外從壓測工具中也可以看到，吞吐量為 275/s。

原因是 Eden 區(qū)的內(nèi)存分配得太小了，只有 32 M，我們來調(diào)大一點(diǎn)。

增大 Eden 區(qū)大小

通過在 IDEA 工具中配置以下參數(shù)，調(diào)整堆內(nèi)存最大為 1024 M，新生代內(nèi)存為 512 M。

-Xmx1024m -Xms1024m -Xmn512m

然后可以觀察到在相當(dāng)長的短時間（1分鐘）內(nèi)只進(jìn)行了 92 次垃圾回收，說明垃圾回收的頻率降低了。應(yīng)用程序的性能也提升了。另外從壓測工具中也可以看到，吞吐量為 347/s，吞吐量也有較大提升。

十、總結(jié)

本文通過壓測工具 Jmeter 講解壓測如何實(shí)施，然后用性能監(jiān)控工具 jconsole 和 jvisualvm 來監(jiān)控 Java 應(yīng)用程序的性能，以及如何用工具來優(yōu)化開源項(xiàng)目 passjava 的性能，并且非常詳細(xì)地介紹了每一步以及執(zhí)行結(jié)果，通過對比的方式，更加清晰地知道如何做性能優(yōu)化。

下面是對系統(tǒng)性能的常規(guī)優(yōu)化手段：

• 中間件較多時，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。

• 數(shù)據(jù)庫查詢耗時時，需要對查詢進(jìn)行優(yōu)化，比如添加索引。

• 模板的渲染速度，可以通過設(shè)置模板緩存。

• 靜態(tài)資源的獲取，可以通過 Nginx 動靜分離來解決。（下期再講）

• 日志太多，需要減少不必要的打 log 操作。

巨人的肩膀：