圖解微服務的性能監控、壓測和調優

轉自：悟空聊架構

本文主要內容

• 性能壓測是什麼：就是考察當前軟件和硬件環境下，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：爲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。還可以發現內存泄漏、併發與同步的問題。

• 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，也就是每秒向後臺發送的請求次數；

• 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回響應的最大時間；

• MiniRT：最少響應時間，指用戶發出請求到服務端返回響應的最少時間；

• 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。

• 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：

添加線程組

• 1s 內啓動 200 個線程，循環次數 100 次。2 萬個請求。如下圖所示：

• 測試 HTTP 請求，如下圖所示：

配置要測試的協議、服務器地址、端口號。配置信息如下：

協議：使用 http 協議。
服務器名稱或 IP: www.baidu.com (只是爲了演示)。
端口號：80 端口。

如下圖所示：

• 添加查看結果樹、彙總報告和聚合報告。如下圖所示：

• 開始壓力測試。

點擊播放按鈕就開始啓動了。注意啓動之前需要先設置線程組的參數配置和 HTTP 請求的配置。如下圖所示：

• 查看每個請求結果，如下圖所示：

• 查看彙總報告。

主要關心平均值和吞吐量。200 個線程，每個線程調用 100 次，總共 2 萬 次，可以看到下圖中表格中的樣本列也是 2 萬，請求所耗費的時間是 151 ms，吞吐量是 880 個請求每秒。如下圖所示：

• 查看聚合報告。

主要看中位數和 90% 百分位，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 萬 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，性能一般（可能跟本地機器性能有關）。

• 查看彙總圖。

查看彙總圖時，需要先勾選想要查看的信息，如下圖所示：

然後查看圖形彙總：

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）的管理後臺的性能，吞吐量接近 2000/s。如下圖所示：

3 性能監控之 jconsole

jconsole 和 jvisualvm 是 Java JDK 的兩個小工具，用來監控內存泄漏、跟蹤垃圾回收、執行時的內存情況、對 CPU 進行分析、線程的分析。都可以通過命令行啓動，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 命令行的方式啓動 jconsole。

命令行啓動 jconsole

3.2 選擇監控哪個應用

然後選擇 passjava 項目的 question 服務。

選擇 passjava-question 微服務

對應的就是下面這個微服務：passjava-question。

對應 passjava-question 微服務

3.3 概覽

從監控界面上有 6 個菜單，首先看到的是概覽功能，上面有堆內存使用量、線程數、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。

概覽

3.4 內存

下面是內存的使用情況，可以從下圖中看到有個下拉框，裏面可以選擇不同的內存維度，然後下面的圖標和柱狀圖也會跟着選擇的維度而展示不同。

3.5 線程

下面是線程的使用情況，可以看到線程峯值和活動線程的總數量，目前看到的峯值是 59，活動線程數是 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。

線程使用情況

3.6 類

下面是類的加載和卸載情況，已加載類總數是 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。

類的加載和卸載情況

3.7 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，線程、類、堆的概要信息，以及 VM 的參數，是不是很方便呀~

VM 概要

3.8 MBean 信息

接下來我們來看下 MBean 信息。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 接口，這種叫 MBean。MBean 可以用來幹嘛？就是可以有一套 JDK 級別的對外的服務接口。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。很多垃圾收集器算法 Bean 就這麼幹的（說的就是這個類 sun.management.MemoryImpl）。

MBean 信息

4 性能監控之 jvisualvm

4.1 啓動 jvisualvm 和概述

啓動 jvisualvm

4.2 監視

監視 CPU、堆、類、線程的情況。整體顯示的效果比 jconsole 更美觀。

監視

4.3 線程

再來查下線程的情況。可以看到有 5 種狀態的線程：

• 運行：正在運行的線程；

• 休眠：休眠狀態的線程；

• 等待：等待執行的線程；

• 駐留：線程裏面的空閒線程；

• 監視：阻塞的線程，正在等待鎖。

4.4 抽樣器

另外我們也可以抽樣器對 CPU 或內存進行抽樣。如下圖所示，對內存進行抽樣。

抽樣

4.5 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，重啓就可以使用插件功能了。

安裝完成後，就可以看到：

Visual GC 插件

下圖是實時監控垃圾回收的情況。

Visual GC

5 對網關的性能測試

現在我想對 Passjava 系統的 question 微服務的接口進行一個壓測，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：

客戶端分爲手機端和 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。

網關的端口號是 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，看看這裏怎麼能優化下。

通常的優化方向是增大新生代堆內存配置。

6 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：

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。

test api 是否能正確響應

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。

單獨壓測微服務的 api 的結果

吞吐量：3542/s 。
90% 響應時間：100 毫秒。
99% 響應時間：152 毫秒。

7 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：

http://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：

網關 + 微服務的壓力測試結果

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。

這裏做個橫向對比：

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，大部分損失都是網絡交互導致的。可以通過增強網絡通信質量來減少網絡的延遲。

8 對數據庫查詢進行優化

一般情況下，出現性能問題更多的是業務中查詢數據庫的耗時。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 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。

查詢問題列表的 API

我們加些測試代碼：統計查詢數據庫的耗時。如下所示：

耗時統計

然後重啓 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 字段加上普通索引，如下圖所示：

添加索引

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。

加了索引後的情況

9 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，吞吐量爲 275/s。

原因是 Eden 區的內存分配得太小了，只有 32 M，我們來調大一點。

32M Eden 區頻繁進行垃圾回收

增大 Eden 區大小

通過在 IDEA 工具中配置以下參數，調整堆內存最大爲 1024 M，新生代內存爲 512 M。

-Xmx1024m -Xms1024m -Xmn512m

然後可以觀察到在相當長的短時間（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。應用程序的性能也提升了。另外從壓測工具中也可以看到，吞吐量爲 347/s，吞吐量也有較大提升。

10 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 應用程序的性能，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，優化網絡通信質量；

• 數據庫查詢耗時時，需要對查詢進行優化，比如添加索引；

• 模板的渲染速度，可以通過設置模板緩存；

• 靜態資源的獲取，可以通過 Nginx 動靜分離來解決。

• 日誌太多，需要減少不必要的打 log 操作。

參考文檔

• https://blog.csdn.net/u010833547/article/details/92806510

• https://www.bilibili.com/video/BV1np4y1C7Yf

• https://github.com/Jackson0714/PassJava-Platform

• www.passjava.cn

項目倉庫

• 本文的開源實戰項目：https://github.com/Jackson0714/PassJava-Platform

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/Px5-VE_WHGM9uQHqygcVEg