48 張圖 | 手摸手教你微服務的性能監控、壓測和調優

• 2021 年 3 月 17 日
• 筆記
• 03-Spring Cloud

開源項目 PassJava 地址：//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

• 性能壓測是什麼：就是考察當前軟體和硬體環境下，系統所能承受的最大負荷，並幫助找出系統的瓶頸所在。

• 性能壓測的目的：為了系統在線上的處理能力和穩定性維持在一個標準範圍內，做到知己知彼，百戰不殆。還可以發現記憶體泄漏、並發與同步的問題。

1.2、性能指標

• RepsonseTime – RT：響應時間，用戶從客戶端發起一個請求開始計算，到客戶端接收到服務端的響應結束，整個過程所耗費的時間。
• Hits Per Second – HPS：用戶每秒點擊次數，也就是每秒向後台發送的請求次數。
• QPS：系統每秒內處理查詢的次數。
• MaxRT：最大響應時間，指用戶發出請求到服務端返迴響應的最大時間。
• MiniRT：最少響應時間，指用戶發出請求到服務端返迴響應的最少時間。
• 90%響應時間：將所有用戶的響應時間進行升序排序，取 90 % 的位置。
• 性能測試關注點：
  • 吞吐量：每秒鐘系統能處理的請求數、任務數。
  • 響應時間：服務處理一個請求或一個任務的耗時。
  • 錯誤率：一批請求中結果出過錯的請求所佔比例。

二、Jmeter 壓測工具

1、Jmeter 工具

• 下載和安裝 Jmeter 工具

下載地址：//jmeter.apache.org/download_jmeter.cgi
我下載的版本是 apache-jmeter-5.3

• 運行 JMeter 程式

打開批處理文件：\apache-jmeter-5.3\bin\jmeter.bat

• 添加執行緒組

• 1s 內啟動 200 個執行緒，循環次數 100 次。2w 個請求。

• 測試 HTTP 請求

配置要測試的協議、伺服器地址、埠號

協議：http

伺服器名稱或 IP: www.baidu.com (只是為了演示)

埠號：80

• 添加察看結果樹、匯總報告和聚合報告

• 開始壓力測試

  點擊播放按鈕就開始啟動了。注意啟動之前需要先設置執行緒組的參數配置和 HTTP 請求的配置。

• 查看每個請求結果

• 查看匯總報告

  主要關心平均值和吞吐量。

  200 個執行緒，每個執行緒調用 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，請求所耗費的時間是 151 ms，吞吐量是 880 個請求每秒。

• 查看聚合報告

主要看中位數和90%百分位，如下圖所示，

中位數是 59 ms，說明大部分請求的響應時間是 59 ms。

90 % 的請求 都是在 271 ms 以內響應完成的。

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 說明百度這個網站每秒能處理 880 個請求。性能還算可以。

• 查看匯總圖

查看匯總圖時，需要先勾選想要查看的資訊

然後查看圖形匯總：

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 佳必過的管理後台的性能，吞吐量接近 2000/s。

三、性能監控之 jconsole

jconsole 和 jvisualvm 是 Java JDK 的兩個小工具，用來監控記憶體泄漏、跟蹤垃圾回收、執行時的記憶體情況、對 CPU 進行分析、執行緒的分析。都可以通過命令行啟動，而且可以監控本地和遠程應用。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

選擇監控哪個應用

然後選擇 passjava 項目的 question 服務。

對應的就是下面這個微服務： passjava-question

概覽

從監控介面上有 6 個菜單，首先看到的是概覽功能，上面有堆記憶體使用量、執行緒數、類的使用情況、CPU 佔用率，都是用趨勢圖來表示的，能很方便的看出當前性能的概覽。注意：這些監控都是實時的。

記憶體

下面是記憶體的使用情況，可以從下圖中看到有個下拉框，裡面可以選擇不同的記憶體維度，然後下面的圖標和柱狀圖也會跟著選擇的維度而展示不同。

記憶體

下面是執行緒的使用情況，可以看到執行緒峰值和活動執行緒的總數量，目前看到的峰值是59，活動執行緒數是 57。下半部分可以看到具體是哪些執行緒，以及執行緒的堆棧資訊，非常詳細。

類

下面是類的載入和卸載情況，已載入類總數是 10679，而已卸載的類是 1 個，所以當前已加裝當前類的總數是 10679 – 1 = 10678 個。

VM 概要

我們再來看下VM（虛擬機）的情況。如下圖所示，可以看到虛擬機情況，執行緒、類、堆的概要資訊，以及 VM 的參數，是不是很方便呀~

MBean 資訊

接下來我們來看下 MBean 資訊。對於 MBean，可能很多同學不知道是啥，下面做個解釋：

MBean就是一種規範的JavaBean，通過集成和實現一套標準的Bean介面，這種叫MBean。MBean可以用來幹嘛？就是可以有一套JDK級別的對外的服務介面。比如，你寫了一個JVM允許狀態輔助查詢的Bean,你希望別人下載一個Jconsole就可以看到你寫的傑作。那你就可以考慮用MBean規範來實現。很多垃圾收集器演算法Bean就這麼乾的（說的就是這個類sun.management.MemoryImpl）。

四、性能監控之 jvisualvm

jvisualvm 比 jconsole 更強大，介面展示的資訊更豐富。

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，然後選擇第一個菜單欄：概述。可以看到 JVM 的版本，啟動參數等資訊。

監視

監視 CPU、堆、類、執行緒的情況。整體顯示的效果比 jconsole 更美觀。

執行緒

再來查下執行緒的情況。可以看到有 5 種狀態的執行緒：

• 運行：正在運行的執行緒。
• 休眠：休眠狀態的執行緒。
• 等待：等待執行的執行緒。
• 駐留：執行緒裡面的空閑執行緒。
• 監視：阻塞的執行緒，正在等待鎖。

抽樣器

另外我們也可以抽樣器對 CPU 或記憶體進行抽樣。如下圖所示，對記憶體進行抽樣。

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。安裝完成後，重啟就可以使用插件功能了。

安裝完成後，就可以看到

下圖是實時監控垃圾回收的情況。

五、對網關的性能測試

現在我想對 Passjava 系統的 question 微服務的介面進行一個壓測，該如何進行呢？

首先我們來看下 passjava 的架構是怎麼樣的，如下圖所示：

客戶端分為手機端和 PC 端，http 請求先經過 API Gateway，然後再轉發到 question 微服務。其中涉及到了中間件：Gateway 網關。

我們來對 Gateway 網關進行壓力測試。

網關的埠號是 8060，我們配置下 JMeter。如下圖所示：

配置每秒發送 200 個請求，一直循環執行，直到手動停止壓測。如下圖所示：

可以看下執行結果，吞吐量在 2422 個每秒，還是比較高的。

吞吐量：2422/s 。

90% 響應時間：142 毫秒。

99% 響應時間：281 毫秒。

我們再來看看垃圾回收的情況，Eden 區垃圾回收用時 2.7 s，用時太長了吧，看看這裡怎麼能優化下。

通常的優化方向是增大新生代堆記憶體配置。

六、對微服務的性能測試

根據上面的架構原理圖，我們知道客戶端請求都是經過 Gateway 轉發了一次的，如果我們想單獨看下微服務的性能該怎麼測試呢？下面我來演示下如何測試 passjava-question 微服務的性能。

首先需要在 passjava-question 微服務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，返回 「test」 則表示響應正確。

第二種通過瀏覽器進行測試。瀏覽器地址欄輸入以下鏈接後，回車，看下瀏覽器窗口是否顯示 「test」，是則表示響應正確。

然後我們需要用 Jmeter 壓測工具來測試這個微服務下的 api 的性能究竟如何。

吞吐量：3542/s 。

90% 響應時間：100 毫秒。

99% 響應時間：152 毫秒。

七、對網關+微服務的性能測試

如果我們想對這個整個請求鏈路進行性能測試該怎麼做？

首先請求需要先經過網關，然後由網關轉發到微服務。在之前的文章中，我已經將網關配置好了，所以要想通過網關轉發到 test 請求，只需要對請求路徑稍作修改即可，如下所示：

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

然後在瀏覽器輸入該網址，返回 「test」 即表示響應正確。

然後我們還是用 Jmeter 壓測工具測試下 test api 的性能。測試結果如下圖所示：

從結果可以看到：

吞吐量：982/s 。

90% 響應時間：437 毫秒。

99% 響應時間：790毫秒。

這裡做個橫向對比：

說明微服務 api 經過網關轉發一次後，性能至少下降了一半。可以得出結果：中間件越多，性能損失越大，大部分損失都是網路交互導致的。可以通過增強網路通訊品質來減少網路的延遲。

八、對資料庫查詢進行優化

一般情況下，出現性能問題更多的是業務中查詢資料庫的耗時。接下來看下如何優化數據的查詢。

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

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

這個 api 的程式碼如下，很容易看懂。

我們加些測試程式碼：統計查詢資料庫的耗時。如下所示：

然後重啟 passjava-question 服務，再次測試這個 api，耗時 43 ms

怎麼對查詢進行優化呢？很容易想到加索引，我們來試下加在 question 表加索引後的效果。給 type 欄位加上普通索引，如下圖所示：

我們再來看下加了索引後的耗時情況：耗時 18 ms，確實比之前的 43 ms 快了很多。

九、優化垃圾回收

我們可以通過 jvisulavm工具查看垃圾回收的情況，Eden 區頻繁發生 GC，短時間（1分鐘）內共造成了 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 區的記憶體分配得太小了，只有 32 M，我們來調大一點。

增大 Eden 區大小

通過在 IDEA 工具中配置以下參數，調整堆記憶體最大為 1024 M，新生代記憶體為 512 M。

-Xmx1024m -Xms1024m -Xmn512m

然後可以觀察到在短時間（1分鐘）內只進行了 92 次垃圾回收，說明垃圾回收的頻率降低了。應用程式的性能也提升了。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

本文通過壓測工具 Jmeter 講解壓測如何實施，然後用性能監控工具 jconsole 和 jvisualvm 來監控 Java 應用程式的性能，以及如何用工具來優化開源項目 passjava 的性能，並且非常詳細地介紹了每一步以及執行結果，通過對比的方式，更加清晰地知道如何做性能優化。

下面是對系統性能的常規優化手段：

• 中間件較多時，優化網路通訊品質。

• 資料庫查詢耗時時，需要對查詢進行優化，比如添加索引。

• 模板的渲染速度，可以通過設置模板快取。

• 靜態資源的獲取，可以通過 Nginx 動靜分離來解決。（下期再講）

• 日誌太多，需要減少不必要的打 log 操作。

巨人的肩膀：

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作者簡介：悟空，8年一線互聯網開發和架構經驗，公眾號：悟空聊架構，用故事講解分散式、架構設計、Java 核心技術。《JVM性能優化實戰》專欄作者，開源了《Spring Cloud 實戰 PassJava》項目，自主開發了一個 PMP 刷題小程式。