一文搞懂“性能测试”

1.性能测试概述

1.1概念

性能测试是通过工具或代码模拟正常/峰值/异常的负载条件，对系统的各项性能指标进行测试和评估的过程

1.2目的

• 评估当前系统的能力，例如：新出的手机/电脑进行跑分测评 如果有不足之处，则寻找性能瓶颈，进行优化
• 评估软件是否满足未来的需要，例如：未来用户量增长，服务器是否能承受得住大量的请求

1.3分类

性能测试：验证系统性能是否能满足某些用户场景，是负载测试和压力测试的统称

• 负载测试：加压，查看系统运行情况，甚至找出系统能承受的最大负载
• 压力测试： 分为稳定性和破坏性

1. 稳定性压力测试：高负载下长时间运行，找出系统稳定运行的时长
2. 破坏性压力测试： 高负载下继续加压，直到导致系统崩溃，关注极限负载和系统恢复能力

为方便大家理解，这里讲一个农民和驴的故事：

• 有一个农夫决定买一匹骡子,他认为这个骡子至少得能扛动3袋大米(相当于性能需求),他来到农贸集市上,试了好几匹骡子,都不合适,最后终于有一匹骡子能够比较轻松的扛动这3袋大米,而且还潇洒的走了几步(相当于性能测试通过)
• 然后农夫高兴地牵着这匹骡子回家,因为想看看它到底能有多强,所以农夫决定,让它扛着4袋大米走回家(加压,相当于负载测试),这骡子虽然没那么潇酒了,但也能正常赶路(相当于负载测试结束,测试结果中骡子的最大负载是4袋大米)
• 因为集市离家比较远,骡子走了8个小时后,就开始两步一歇了(高负荷长时间运行,相当于稳定性压力测试)再走一会儿,终于到家,农夫心想:"这骡子路上光驮大米了,没有驮我,我也得坐上去”(相当于破坏性压力测试)，结果骡子不堪重负,连同农夫和大米都摔倒了(相当于系统崩溃)
• 后来骡子……

2.性能需求

2.1 常见性能需求

以日常我们经常能用到的产品为例：

• web首页打开速度在3s以内
• 邮箱系统需要支持100万在线用户，每秒至少需要能处理1000个发邮件的请求
• 某系统需要支持每天1000万人次的访问
• 系统需要在实际运行压力2倍的情况下，稳定运行24小时

2.2 需求来源

那么需求来源都来自于哪里呢？一般是客户方提出或者开发团队内部提出：

客户方提出：

• 一般金融、银行、电信、医疗等企业，对性能有明确需求

开发团队内部提出：

• 产品：一般基于核心业务提出需求
• 开发：一般会基于编码实现复杂度或资源占用较高的功能提出需求
• 测试- 参照竞品- 参照自己：根据历史运营数据进行分析，找出用户量、用户增长、用户频繁使用的功能

测试人员往往面对的是不太明确的需求，需要通过分析得到具体需求 一般需要进行性能测试的系统，用户量大，需要优先保证核心业务的性能，那么什么才算核心业务呢？

核心业务示例 ：
商城: 登录 ->浏览商品 ->添加商品到购物车->下单 ->支付 ->查看订单

直播软件: 登录 ->搜索直播间 ->进入直播间 ->观看直播 ->发送弾幕 ->赠送礼物

仓储管理系统:登录 ->查看入库信息/新增入库信息/编辑入库信息/删除入库信息 ->出库等

** 性能测试场景：**

• 高并发- 大量用户同时访问服务器，如：淘宝双十一，12306抢票，商城秒杀，主播开播瞬间涌入大量观众等
• 高频率- 大量用户在同一个时间段高频访问服务器，如：商城黄金时间段下订单，外卖软件用餐时段点餐，上班打卡，直播弹幕等

2.3 用户量分析

有了核心业务还不够,如已知需要对 商城秒杀 或 wms更新入库信息 这两个功能做性能测试,具体需求是什么?可以看出如果没有用户数据,无法得出具体条件,而数据的来源可以是客户/产品/开发/运营等，下面将以具体需求进行案例分析：

分析过程示例：

商城秒杀：属于高并发场景，关键是需要计算出今年参与秒杀活动的人数

• 去年参加秒杀的人数
• 用户增长率

例如去年参加秒杀人数10w人，今年用户增长率为10%，则今年参加秒杀活动的人数为1.1w人

WMS更新入库信息：属于高频率场景，关键是计算出服务器每秒需要处理请求数

• 跟单员人数
• 跟单的时间段

如,公司有500名跟单员,每周一早上集中更新入库单信息(平均每人10单),高峰期是周一早上9:00~9:20
#此处计算需要借用一些算法 --二八原则
#二八原则:指80%的业务量需在20%的时间内完成
#计算过程:
业务量:50010=5000
时间:2060=1200秒
服务器应达到的处理能力=(500080%)/(120020%)=16.7个/秒 取整 17个/秒

• 实际上，请求的分布是一个正态分布，最高峰肯定高于平均值
• 二八原则的计算结果是系统需要达到的处理能力（吞吐量）
• 如果系统性能要求高，也可以使用一九原则或更严格算法，二八原则只是比较通用

** 最后，我将以一道性能测试的笔试题带领大家进一步深入用户量分析过程：**

系统每年的业务集中在8个月完成,每个月平均有20个工作日,每个工作日8小时
去年全年处理业务约100万笔0

• 其中15%的业务处理中每笔业务需对应用服务器提交7次请求
• 其中70%的业务处理中每笔业务需对应用服务器提交5次请求
• 剩余15%的业务处理中每笔业务需对应用服务器提交3次请求
• 根据以往的统计结果,每年的业务增长量为15%
• 考虑到今后3年的业务发展需要,测试需按现有业务量的两倍进行计算。

计算过程：

每年总请求数:(100万15%7+100万70%5+100万15%3)2=1000万
(1000000080%)/(8208360020%)=8.68取整为9

总结：性能需求=（业务总请求数80%）/（总时间20%） ，注意结果一定要向上取整，例如计算结果为4.1，那么服务器需要每秒处理5个请求才能达到性能需求。

3.性能指标

3.1 指标内容

1.平均响应时间

2.吞吐量

• QPS：服务器每秒处理请求数
• TPS：服务器每秒处理的事务数

3.错误率

4.各种硬件指标

• CPU占用率
• 内存占用率
• 硬盘I/O（读写速度）
• 网络I/O（下载上传）

**性能指标可能涉及到的面试题： **

1、什么是吞吐量？

吞吐量是服务器的一个性能指标，指的是服务器每秒处理的请求数或事务数，代表着服务器的处理能力

2、QPS和TPS有什么区别？

二者都属于代表服务器性能的吞吐量的指标 （事务，就是业务）一个事务可以对应一个或多个请求：

• 一个事务对应一个请求时：QPS = TPS

• 一个事务对应n个请求时：QPS = TPS*n

3、吞吐量和平均响应时间成什么关系？

• 吞吐量越大，说明服务器处理能力越强，平均响应时间就会越短

• 吞吐量越小，说明服务器处理能力越弱，平均响应时间就会越长 - 二者成反比关系

4、性能测试，通常需要关注哪些性能指标？

服务器的处理能力 - 平均响应时间 - 吞吐量 - 错误率

5、服务器的资源瓶颈问题

CPU占用率 内存占用率 网络带宽消耗情况 硬盘读写速度情况等

**6、你们做性能测试的通过标准是什么？怎么样才算性能测试通过？ **

平均响应时间： - 3-5-8原则 - 对比其他同类产品或站在用户体验角度

吞吐量：需经过计算的服务器应该达到的处理能力（吞吐量=需要处理的请求数/平均响应时间） 错误率：一般在1%以下，建议0容忍

各种硬件指标：阈值设定在80%，超出会导致系统不稳定

4.性能测试流程

什么时候进行性能测试？一般是功能测试通过之后

• 性能需求分析
• 制定测试计划（资源分配，通过标准，技术实现，风险评估）
• 设计测试用例和发起用例评审
• 搭建性能测试环境【可选】
• 执行性能测试
• 输出测试报告
• 性能测试结果分析和调优【进阶课】+再次测试