关于API性能测试压力模型选择的思考

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1. 压力的本质

什么是压力？用户给系统发送的请求就是压力，因为系统需要消耗资源来处理来自用户的请求。压测本质上就是在模拟用户发送给被测系统的请求。这里有两个关键词：“用户”和“请求”。

在压测工具中，通常用“线程”来代表“虚拟用户”，一个线程就是一个用户，一组线程就是一组用户。显然，线程数越多，用户数就越多，系统压力就越大。

但是，系统压力不仅取决于线程数，还取决于请求数。线程启动后，就开始一个接着一个地发送请求。线程发送请求的频率越高，单位时间内系统需要处理的请求数（即吞吐量）就越大，系统压力就越大。

因此，压力模型本质上是在控制两个变量：

1）线程数：模拟同时在线的用户数量

2) 请求频率：模拟用户访问系统的频率。

在线用户数量越多，用户单位时间内访问系统的操作越频繁，被测系统承受的压力就越大。

2. 压力模型的本质

在对系统进行压测前，首先需要选择合适的压力模型。压力模型决定了我们在压测时，给系统施加什么类型/什么大小/什么形状/什么量级/持续多久的压力。

压力模型的选择，本质上是在回答这几个问题：

• 压力类型：对系统施加并发用户数的压力，还是请求吞吐量的压力？

• 压力形态：对系统施加固定大小的压力，还是阶梯递增的压力？通俗说，压力是一次性给到位，还是慢慢加上去？

• 压力大小：对系统施加多大的压力？

• 压力持续时间：压力持续多久？

2.1) 对系统施加并发用户数的压力，还是请求吞吐量的压力？

并发模式控制活跃的线程总数(同时在线的虚拟用户数)，是控制在线总用户数的；吞吐量模式控制每秒钟的请求数，是控制在线用户请求频率的。

• 并发数100：单位是个，同时在线的线程数/用户数是100个

• 吞吐量100:  单位是QPS，后端接收到的请求数是每秒钟100个

在并发模式下，当API响应速度很快时，例如RT为100ms，那么每秒钟内，如果没有定时器或者发送次数的限制，单个线程可以发送10个请求。100个并发用户可以对系统施压1000QPS的压力。

2.2) 压力是一次性给到位，还是慢慢加上去？

一次性给到位，用固定压力；慢慢加上去，用阶梯压力。这里的压力既可以是并发量(同时在线的虚拟用户数)，也可以是吞吐量(每秒钟的请求数)。

固定压力下，压力大小保持固定；阶梯压力下，压力大小阶梯式增加，直到一个固定值为止。

• 固定压力100：压力大小固定为100，可以是固定100个在线用户，也可以是固定每秒钟100个请求。

• 阶梯压力(10, 5, 4, 100)：起始压力为10，每5秒钟递增一次，总共递增4次，最后达到100的固定压力。

2.3) 压力什么时候结束？

结束压力本质上就是结束线程。通常，我们可以通过控制压测时长来决定什么时候结束压测。但是控制压测时长有个问题：

• 如果压测时长过小，可能导致请求还没有发完就被强制终止了压测

• 如果压测时长过大，可能导致发送的请求数量超过目标值

如果想要精确控制压测发送的请求数量，有两种方式：

1) 控制循环次数：限制每个用户(线程)循环执行的次数，到达一定次数后，线程自动停止。

2) 控制压测数据量：压测数据文件(通常是CSV文件)有多少条数据，就发送多少个请求，发完为止。(前提是压测时长设置得足够长，足够这些请求发完)

3. 压测模型选择实践

压力模型就是上面3个问题答案的组合。下面介绍若干常用的组合及其应用场景。

3.1）想要摸底接口QPS？

需求：想要压测接口X，看看接口最大能支持多少QPS?

分析：在不清楚应该压多大QPS的情况下，使用并发压力模型。并且为了降低风险，可以使用阶梯压力逐步增加并发量。压测的时候，观测QPS，当QPS到达一定数字不再继续增加时，就大概摸清了该接口的性能上限。

结论：使用并发 + 阶梯压力

3.2）想要做分钟/小时级的固定QPS压测？

需求：想要以1000QPS施压接口X，持续施压1个小时，观测系统是否平稳？

分析：在有明确QPS压测目标的情况下，使用吞吐量压力。

结论：使用吞吐量压力

3.3） 想要固定QPS压测异步接口？

需求：以30QPS的固定压力测试X接口，验证系统是否正常。已知：

1）X是一个异步接口，X的执行结果通过轮询Y接口得到。

2）X接口异步处理慢，通常需要数秒钟。

分析：压测用例由X + Y两个接口组成。对于每个线程，先压X接口，然后轮询Y接口获得结果，把这个过程叫做一个X事务。根据需求，我们需要控制X接口的压力，而不是X事务的压力。为了控制X接口的压力，我们需要将吞吐量配置作用于X接口而不是X事务，确保X接口的QPS是30。因此，从事务层面，我们不能使用吞吐量压力，而应该使用并发压力。并且，由于X接口实际耗时通常需要数秒钟，并发压力量应该大于30。

结论：X事务使用并发用户数压力，设置用户数 > 30，同时X接口使用吞吐量压力，吞吐量大小=30QPS

3.4）想要做秒级的固定QPS压测？

需求：模拟脉冲流量，想要在10秒内，发送10000个X请求，要求QPS尽可能均匀，接近1000QPS。

分析：由于QPS太大，通常使用分布式压测(master-slave模式)。另外由于压测时间很短，无法使用常规的只支持分钟级QPS控制的吞吐量模型。为此，可以启动多个salve，并且控制每个slave的线程启动时间来模拟所要求的脉冲流量。具体来说，可以启动20个slave，每个slave配置500个线程，每个线程发送一个请求，总共发送10000个请求。将线程组的启动时间(ramp up time)设置为10秒，这样平均每个slave每秒钟启动50个线程，并发量为50*20=1000，满足1000QPS要求。

结论：使用并发压力 + 启动时间控制

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