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性能测试工具 wrk 使用教程

发表于:2024-6-27 09:31

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 作者:小哈学Java    来源:博客园

  被面试官经常问到之前开发的系统接口 QPS 能达到多少,经常给不出一个数值,支支吾吾,导致整体面试效果降低?
  原因基本是一些公司中,做完功能测试就完了,压根不会有性能测试这一步,或者说并发量较少,没有必要进行性能测试,亦或者,交给测试人员后,只要整体问题不大,测试报告一般也是不会再给后端人员看的,这就导致我们在面试的时候,场面一度尴尬 !!!
  其实,不单单是针对面试,作为一名后端开发者,我们在完成一个接口开发后,在交给测试工程师之前,经常也会想知道,自己写的这个接口的性能如何呢?吞吐量能达到多少?QPS(Query per second 每秒处理完的请求数) 能达到多少呢?
  这个时候,我们就需要借助一些常用的性能测试工具,如 Apache ab, Apache JMeter (互联网公司用的较多),LoadRunner 等。
  我们今天主要说一说轻量级性能测试工具 wrk。
  一、什么是 wrk
  摘自官方 GitHub 上的英文介绍:
  翻译一下:
  wrk 是一款针对 Http 协议的基准测试工具,它能够在单机多核 CPU 的条件下,使用系统自带的高性能 I/O 机制,如 epoll,kqueue 等,通过多线程和事件模式,对目标机器产生大量的负载。
  PS: 其实,wrk 是复用了 redis 的 ae 异步事件驱动框架,准确来说 ae 事件驱动框架并不是 redis 发明的, 它来至于 Tcl 的解释器 jim, 这个小巧高效的框架, 因为被 redis 采用而被大家所熟知。
  二、 wrk 的优势&劣势
  2.1 优势
  在说 wrk 的优势之前,瞅一下 wrk 的 GitHub Star 数,也能侧面反映下它的可靠性:
  Wow ! 截止笔者截图为止, Star 数已经达到了 19742 !!!
  再来说说 wrk 的优势:
  ·轻量级性能测试工具;
  · 安装简单(相对 Apache ab 来说);
  · 学习曲线基本为零,几分钟就能学会咋用了;
  · 基于系统自带的高性能 I/O 机制,如 epoll, kqueue, 利用异步的事件驱动框架,通过很少的线程就可以压出很大的并发量;
  2.2 劣势
  wrk 目前仅支持单机压测,后续也不太可能支持多机器对目标机压测,因为它本身的定位,并不是用来取代 JMeter, LoadRunner 等专业的测试工具,wrk 提供的功能,对我们后端开发人员来说,应付日常接口性能验证还是比较友好的。
  三、wrk 安装
  wrk 只能被安装在类 Unix 系统上,所以我们需要一个 Linux 或者 MacOS 环境。Windows 10 安装需要开启自带的 Ubuntu 子系统。
  3.1 Linux 安装
  3.1.1 Ubuntu/Debian
  依次执行如下命令:
  sudo apt-get install build-essential libssl-dev git -y
  git clone https://github.com/wg/wrk.git wrk
  cd wrk
  make
  # 将可执行文件移动到 /usr/local/bin 位置
  sudo cp wrk /usr/local/bin
  3.2.2 CentOS / RedHat / Fedora
  依次执行如下命令:
  sudo yum groupinstall 'Development Tools'
  sudo yum install -y openssl-devel git 
  git clone https://github.com/wg/wrk.git wrk
  cd wrk
  make
  # 将可执行文件移动到 /usr/local/bin 位置
  sudo cp wrk /usr/local/bin
  3.2 MacOS 安装
  Mac 系统也可以通过先编译的方式来安装,但是更推荐使用 brew 的方式来安装, 步骤如下:
  1. 安装 Homebrew,安装方式参考官网 https://brew.sh (也就一行命令的事);
  2. 安装 wrk: brew install wrk;
  3.3 Window 10 安装
  Windown 10 需要在 Windows 功能 里勾选 适用于 Linux 的 Windows 子系统, 然后通过 bash 命令切换到 Ubuntu 子系统。接下来,参考 3.1.1 Ubuntu 的操作系通中,安装 wrk 的步骤。
  3.4 验证一下,是否安装成功
  命令行中输入命令:
  wrk -v
  输出如上信息,说明安装成功了!
  四、如何使用
  安装成功了,要如何使用呢?
  4.1 简单使用
  wrk -t12 -c400 -d30s http://www.baidu.com
  这条命令表示,利用 wrk 对 www.baidu.com 发起压力测试,线程数为 12,模拟 400 个并发请求,持续 30 秒。
  4.2 wrk 子命令参数说明
  除了上面简单示例中使用到的子命令参数,wrk 还有其他更丰富的功能,命令行中输入 wrk --help, 可以看到支持以下子命令:
  [root@VM_0_5_centos ~]# wrk --help
  Usage: wrk <options> <url>                            
    Options:                                            
      -c, --connections <N>  Connections to keep open   
      -d, --duration    <T>  Duration of test           
      -t, --threads     <N>  Number of threads to use   
                                                        
      -s, --script      <S>  Load Lua script file       
      -H, --header      <H>  Add header to request      
          --latency          Print latency statistics   
          --timeout     <T>  Socket/request timeout     
      -v, --version          Print version details      
                                                        
    Numeric arguments may include a SI unit (1k, 1M, 1G)
    Time arguments may include a time unit (2s, 2m, 2h)
  翻译一下:
  使用方法: wrk <选项> <被测HTTP服务的URL>                            
    Options:                                            
      -c, --connections <N>  跟服务器建立并保持的TCP连接数量  
      -d, --duration    <T>  压测时间           
      -t, --threads     <N>  使用多少个线程进行压测   
                                                        
      -s, --script      <S>  指定Lua脚本路径       
      -H, --header      <H>  为每一个HTTP请求添加HTTP头      
          --latency          在压测结束后,打印延迟统计信息   
          --timeout     <T>  超时时间     
      -v, --version          打印正在使用的wrk的详细版本信息
                                                        
    <N>代表数字参数,支持国际单位 (1k, 1M, 1G)
    <T>代表时间参数,支持时间单位 (2s, 2m, 2h)
  PS: 关于线程数,并不是设置的越大,压测效果越好,线程设置过大,反而会导致线程切换过于频繁,效果降低,一般来说,推荐设置成压测机器 CPU 核心数的 2 倍到 4 倍就行了。
  4.3 测试报告
  执行压测命令:
  wrk -t12 -c400 -d30s --latency http://www.baidu.com
  执行上面的压测命令,30 秒压测过后,生成如下压测报告:
  Running 30s test @ http://www.baidu.com 
    12 threads and 400 connections
    Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
      Latency   386.32ms  380.75ms   2.00s    86.66%
      Req/Sec    17.06     13.91   252.00     87.89%
    Latency Distribution
       50%  218.31ms
       75%  520.60ms
       90%  955.08ms
       99%    1.93s 
    4922 requests in 30.06s, 73.86MB read
    Socket errors: connect 0, read 0, write 0, timeout 311
  Requests/sec:    163.76
  Transfer/sec:      2.46MB
  我们来具体说一说,报告中各项指标都代表什么意思:
  Running 30s test @ http://www.baidu.com (压测时间30s)
    12 threads and 400 connections (共12个测试线程,400个连接)
    (平均值) (标准差)  (最大值)(正负一个标准差所占比例)
    Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
      (延迟)
      Latency   386.32ms  380.75ms   2.00s    86.66%
      (每秒请求数)
      Req/Sec    17.06     13.91   252.00     87.89%
    Latency Distribution (延迟分布)
       50%  218.31ms
       75%  520.60ms
       90%  955.08ms
       99%    1.93s 
    4922 requests in 30.06s, 73.86MB read (30.06s内处理了4922个请求,耗费流量73.86MB)
    Socket errors: connect 0, read 0, write 0, timeout 311 (发生错误数)
  Requests/sec:    163.76 (QPS 163.76,即平均每秒处理请求数为163.76)
  Transfer/sec:      2.46MB (平均每秒流量2.46MB)
  可以看到,压测报告还是非常直观的!
  标准差啥意思?标准差如果太大说明样本本身离散程度比较高,有可能系统性能波动较大。
  4.4 使用 Lua 脚本进行复杂测试
  您可能有疑问了,你这种进行 GET 请求还凑合,我想进行 POST 请求咋办?而且我想每次的请求参数都不一样,用来模拟用户使用的实际场景,又要怎么弄呢?
  对于这种需求,我们可以通过编写 Lua 脚本的方式,在运行压测命令时,通过参数 --script 来指定 Lua 脚本,来满足个性化需求。
  4.4.1 wrk 对 Lua 脚本的支持
  wrk 支持在三个阶段对压测进行个性化,分别是启动阶段、运行阶段和结束阶段。每个测试线程,都拥有独立的Lua 运行环境。
  启动阶段:
  function setup(thread)
  在脚本文件中实现 setup 方法,wrk 就会在测试线程已经初始化,但还没有启动的时候调用该方法。wrk会为每一个测试线程调用一次 setup 方法,并传入代表测试线程的对象 thread 作为参数。setup 方法中可操作该 thread 对象,获取信息、存储信息、甚至关闭该线程。
  thread.addr             - get or set the thread's server address
  thread:get(name)        - get the value of a global in the thread's env
  thread:set(name, value) - set the value of a global in the thread's env
  thread:stop()           - stop the thread
  运行阶段:
  function init(args)
  function delay()
  function request()
  function response(status, headers, body)
  ·init(args): 由测试线程调用,只会在进入运行阶段时,调用一次。支持从启动 wrk 的命令中,获取命令行参数;
  · delay(): 在每次发送请求之前调用,如果需要定制延迟时间,可以在这个方法中设置;
  · request(): 用来生成请求, 每一次请求都会调用该方法,所以注意不要在该方法中做耗时的操作;
  · response(status, headers, body): 在每次收到一个响应时被调用,为提升性能,如果没有定义该方法,那么wrk不会解析 headers 和 body;
  结束阶段:
  function done(summary, latency, requests)
  done() 方法在整个测试过程中只会被调用一次,我们可以从给定的参数中,获取压测结果,生成定制化的测试报告。
  自定义 Lua 脚本中可访问的变量以及方法:
  变量:wrk
  wrk = {
      scheme  = "http",
      host    = "localhost",
      port    = 8080,
      method  = "GET",
      path    = "/",
      headers = {},
      body    = nil,
      thread  = <userdata>,
    }
  以上定义了一个 table 类型的全局变量,修改该 wrk 变量,会影响所有请求。
  方法:
  ·wrk.fomat
  · wrk.lookup
  · wrk.connect
  上面三个方法解释如下:
  function wrk.format(method, path, headers, body)
      wrk.format returns a HTTP request string containing the passed parameters
      merged with values from the wrk table.
      # 根据参数和全局变量 wrk,生成一个 HTTP rquest 字符串。
  function wrk.lookup(host, service)
      wrk.lookup returns a table containing all known addresses for the host
      and service pair. This corresponds to the POSIX getaddrinfo() function.
      # 给定 host 和 service(port/well known service name),返回所有可用的服务器地址信息。
  function wrk.connect(addr)
      wrk.connect returns true if the address can be connected to, otherwise
      it returns false. The address must be one returned from wrk.lookup().
      # 测试给定的服务器地址信息是否可以成功创建连接
  4.4.1 通过 Lua 脚本压测示例
  调用 POST 接口:
  wrk.method = "POST"
  wrk.body   = "foo=bar&baz=quux"
  wrk.headers["Content-Type"] = "application/x-www-form-urlencoded"
  注意: wrk 是个全局变量,这里对其做了修改,使得所有请求都使用 POST 的方式,并指定了 body 和 Content-Type头。
  自定义每次请求的参数:
  request = function()
     uid = math.random(1, 10000000)
     path = "/test?uid=" .. uid
     return wrk.format(nil, path)
  end
  在 request 方法中,随机生成 1~10000000 之间的 uid,并动态生成请求 URL.
  每次请求前,延迟 10ms:
  function delay()
     return 10
  end
  请求的接口需要先进行认证,获取 token 后,才能发起请求,咋办?
  token = nil
  path  = "/auth"
  request = function()
     return wrk.format("GET", path)
  end
  response = function(status, headers, body)
     if not token and status == 200 then
        token = headers["X-Token"]
        path  = "/test"
        wrk.headers["X-Token"] = token
     end
  end
  上面的脚本表示,在 token 为空的情况下,先请求 /auth 接口来认证,获取 token, 拿到 token 以后,将 token 放置到请求头中,再请求真正需要压测的 /test 接口。
  压测支持 HTTP pipeline 的服务:
  init = function(args)
     local r = {}
     r[1] = wrk.format(nil, "/?foo")
     r[2] = wrk.format(nil, "/?bar")
     r[3] = wrk.format(nil, "/?baz")
     req = table.concat(r)
  end
  request = function()
     return req
  end
  通过在 init 方法中将三个 HTTP请求拼接在一起,实现每次发送三个请求,以使用 HTTP pipeline。
  五、总结
  本文中,我们学习了轻量级性能测试工具 wrk, 如何安装,以及具体的使用方法,包括通过 Lua 脚本来个性化定制请求等。希望读完本文,能对您有所帮助哦!
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