14、执行负载测试：构建可靠的Web应用程序

执行负载测试：构建可靠的Web应用程序

1. 什么是负载测试？

负载测试是Web应用程序测试中的一个关键环节，它旨在验证应用程序在预期最大负载下的表现。与系统测试不同，负载测试不仅仅关注应用程序的功能是否正确，还关注在高并发用户访问的情况下，应用程序是否能保持稳定性和响应速度。通过负载测试，开发团队可以在上线前发现潜在的性能瓶颈，确保应用程序能够应对实际生产环境中的流量压力。

2. 创建负载测试用例

创建负载测试用例的第一步是从实际用户行为中提取常见的路径。如果你的应用程序已经在运行中，可以通过分析日志文件来找出这些路径。例如，基于日志文件自动创建路径的工具可以帮助你快速设置这类测试。以下是一个简单的流程：

2.1 分析日志文件

1. 收集日志 ：从Web服务器的日志文件中提取用户访问记录。
2. 过滤路径 ：去除重复和不相关的路径，保留最具代表性的用户行为路径。
3. 生成测试用例 ：根据提取的路径生成相应的测试用例。

2.2 使用固定路径的局限性

使用任何一组固定路径的危险在于可能会遗漏一些重要的路径。任何相对较大的应用程序都有无限多的路径组合，因为用户如何进入和导航应用程序是你无法控制的。因此，建议结合随机路径和固定路径来进行更全面的测试。

3. 模拟用户行为

更现实的负载测试会考虑用户交互的复杂性。一个更高级的模型会加载一个URL及其所有伴随数据（如图片、框架、脚本、声音文件），使用缓存模型，并适当地执行JavaScript（包括持续的计时器）。然后，虚拟用户会观察页面一段时间（称为思考时间），选择一个链接进行跟踪，并触发指定的动作。这个过程会持续进行，直到用户放弃并退出虚拟浏览器。

3.1 示例流程图

以下是虚拟用户行为的示例流程图：

graph TD;
    A[加载URL及其所有伴随数据] --> B{执行JavaScript};
    B --> C[观察页面一段时间];
    C --> D{选择链接};
    D --> E[触发指定动作];
    E --> F{继续或退出};
    F --> A;

3.2 思考时间的随机分布

如果你等待一个固定的时间周期，你的测试将不会很真实，并且可能会引起“波动”式的访问。使用更接近真实使用情况的随机分布模式要好得多。你还可以偶尔加入一些非常长的等待时间，以覆盖如上厕所、午餐时间以及周末等虚拟浏览器运行时用户离开后返回时期望一切正常工作的时段。

4. 测试用例的具体配置

4.1 用户配置文件

用户配置文件对话框中的浏览器和链接标签允许你控制虚拟浏览器的某些方面。在浏览器标签中，你可以选择代表你想要模拟的浏览器的用户代理。你可以输入自己的，或者从可用列表中选择一个。WebKing会根据你指定的用户代理调整其JavaScript支持以匹配DOM。你还可以选择一个区域设置，这对应于虚拟浏览器请求的语言。例如，一些应用程序会向英语使用者和法语使用者分发不同的内容。如果你希望用户偏好法语，你就可以使用 fr 作为其区域设置。

设置项	描述
用户代理	选择或输入你想要模拟的浏览器类型
区域设置	选择虚拟浏览器请求的语言
启用Cookies	控制是否启用Cookies

4.2 机器配置文件

设置机器配置文件时，你需要考虑虚拟用户的数量和每台机器的最大用户数。例如，如果你有10个虚拟用户，每个用户每秒访问1页，那么负载是每秒10次点击。如果你有1个虚拟用户，每秒访问10页，负载仍然是每秒10次点击。在这两种情况下，负载是相同的，但模拟的事件是不同的。理解你的应用程序如何工作是创建理想负载测试场景的关键。

graph TD;
    A[设置机器配置文件] --> B{选择机器};
    B --> C[设置最大用户数];
    C --> D[配置其他选项];

5. 解读性能图表和负载测试报告

在执行负载测试后，生成的性能图表和负载测试报告可以帮助你分析应用程序的表现。性能图表通常会显示响应时间、吞吐量和其他关键指标。通过这些图表，你可以识别出性能瓶颈，并采取相应的优化措施。

5.1 示例性能图表

指标	描述
响应时间	用户请求的平均响应时间
吞吐量	单位时间内处理的请求数量
错误率	发生错误的请求比例

---

接下来的部分将继续探讨如何使用Python进行负载测试，以及如何通过自动化工具提高测试效率。同时，还将详细介绍如何创建自定义场景，以模拟不同的用户行为和流量模式。

6. 使用Python进行负载测试

在本节中，你将学习如何使用Python编写的自定义脚本进行应用程序的负载测试。许多相同的思路和考虑因素适用于你选择实施的任何负载测试技术。为了使我们的示例具体化，我们使用基本的负载测试脚本来模拟虚拟用户测试在线杂货店应用程序。你可以根据自己的情况和需求调整和应用这些脚本。

6.1 基础脚本实现

虚拟用户最简单的实现方式就是编写一个脚本，依次请求多个URL。下面是一个实现这一功能的示例脚本 LoadTest-1.py ：

#!/usr/bin/python
import time
import urllib

urls = open('urls.txt').readlines()
for url in urls:
    url = url.strip()
    t0 = time.time()
    page = urllib.urlopen(url)
    page.readlines()
    t1 = time.time()
    print('Reading ' + url + ' took', t1 - t0, 'second(s)')

此脚本假设当前工作目录中存在一个名为 urls.txt 的文件，并且这个文件中列出了需要请求的URL（每行一个URL）。如果你将 page.readlines() 改为 print page.readlines() ，它将打印出响应的内容。

6.2 支持更多功能的脚本

为了支持更复杂的需求，我们需要扩展脚本以处理GET和POST请求，并模拟用户思考时间。以下是改进后的脚本 LoadTest-2.py ：

#!/usr/bin/python
import random
import sys
import time
import urllib

def usePath(path):
    print('<LoadAnalysis path="' + path + '">')
    t0 = time.time()
    urls = open(path).readlines()
    for url in urls:
        cmd = url.split()
        if cmd[0] == 'GET':
            page = urllib.urlopen(cmd[1])
            page.readlines()
        elif cmd[0] == 'POST':
            page = urllib.urlopen(cmd[1], cmd[2])
            page.readlines()
        elif cmd[0] == 'WAIT':
            t1 = time.time()
            print(' <Load time="' + str(t1 - t0).strip() + '"/>')
            time.sleep(float(cmd[2]))
            t0 = time.time()
    print('</LoadAnalysis>')

while 1:
    index = random.random() * (len(sys.argv) - 1)
    usePath(sys.argv[int(index) + 1])

6.3 添加Cookie支持

为了模拟更真实的用户行为，我们需要支持Cookie。以下是添加Cookie支持后的脚本 LoadTest-3.py ：

#!/usr/bin/python
import random
import sys
import time
import urllib2

def usePath(path):
    print('<LoadAnalysis path="' + path + '">')
    t0 = time.time()
    cookie = ''
    urls = open(path).readlines()
    for url in urls:
        cmd = url.split()
        request = urllib2.Request(cmd[1])
        if cookie != '':
            request.add_header('Cookie', cookie)
        page = urllib2.urlopen(request)
        info = page.info()
        if 'Set-Cookie' in info:
            cookie = info['Set-Cookie']
        page.readlines()
        if cmd[0] == 'WAIT':
            t1 = time.time()
            print(' <Load time="' + str(t1 - t0).strip() + '"/>')
            time.sleep(float(cmd[2]))
            t0 = time.time()
    print('</LoadAnalysis>')

while 1:
    index = random.random() * (len(sys.argv) - 1)
    usePath(sys.argv[int(index) + 1])

7. 创建自定义场景

创建自定义场景可以帮助你更精确地模拟不同的用户行为和流量模式。通过调整虚拟用户的数量、思考时间和其他参数，你可以设计出多种测试场景，以确保应用程序在不同条件下都能稳定运行。

7.1 用户数量和思考时间

用户配置文件对话框中的用户选项卡允许你控制随时间每台机器上需要多少用户。你可以使用持续时间框选择你的场景周期。例如，为了测试在线杂货应用，我们选择运行一整天（24小时）。本地主机将保持相对稳定的50用户负载。名为 troll 的机器将从10个用户开始，在8小时后激增到500个用户，并在21小时后返回到10个用户。名为 goblin 的机器将从零个虚拟用户开始，在7小时后激增到490个用户，并在18小时后稳定在120个用户。最后，我们的总负载应该是180个用户。

机器名称	初始用户数	激增时间	最终用户数
localhost	50	-	50
troll	10	8小时	500
goblin	0	7小时	490

7.2 权重设置

此面板的权重标签允许你控制用户配置文件随时间分布到可用机器上的方式。饼图展示了在任何给定时间点配置文件的分布情况。这种创建场景的能力使你能够执行更加有针对性的测试类型。然而，通常情况下，你只需控制用户数量就可以生成最常见的场景。

graph TD;
    A[创建自定义场景] --> B{设置用户数量};
    B --> C[调整思考时间];
    C --> D[配置权重设置];

8. 使用自动化工具提高测试效率

除了编写自定义脚本外，使用专门的负载测试工具可以大大提高测试效率。这些工具提供了丰富的功能，如自动路径生成、详细的性能报告和灵活的场景配置。以下是一些常用的负载测试工具：

• WebKing ：一个功能强大的负载测试工具，支持多种虚拟用户行为和流量模式的模拟。
• JMeter ：开源的性能测试工具，支持HTTP、HTTPS等多种协议。
• Locust ：基于Python的分布式负载测试工具，易于扩展和自定义。

8.1 WebKing的使用

WebKing是一款专业的负载测试工具，提供了丰富的功能来模拟虚拟用户行为。以下是使用WebKing进行负载测试的基本步骤：

1. 创建项目文件 ：打开WebKing，创建一个新的项目文件。
2. 配置虚拟用户 ：设置虚拟用户的数量、思考时间、浏览器类型等参数。
3. 定义路径 ：使用路径创建器浏览器或路径树的快捷菜单来指定路径。
4. 执行测试 ：启动测试并监控性能图表和报告。

8.2 自动化路径生成

WebKing可以自动从Web服务器加载应用程序，并生成默认路径。你可以通过扩展这些路径来创建更复杂的测试用例。以下是自动化路径生成的步骤：

1. 加载应用程序 ：确保你的应用程序可以从Web服务器访问。
2. 生成默认路径 ：按F4键，WebKing会生成一组默认路径。
3. 扩展路径 ：根据需要扩展路径，以覆盖更多的用户行为和页面实例。

graph TD;
    A[自动化路径生成] --> B{加载应用程序};
    B --> C[生成默认路径];
    C --> D[扩展路径];

9. 结合固定和随机路径

使用固定和随机路径作为测试案例的技术将帮助你实现全面的负载测试。固定路径可以确保你覆盖应用程序的关键功能，而随机路径则可以帮助你发现潜在的性能瓶颈。理想情况下，这些场景包括容量测试、耐力测试、峰值测试和预期使用测试。

9.1 固定路径的优点

固定路径的优点是可以确保你覆盖应用程序的关键功能，特别是在应用程序的初期阶段。你可以通过分析日志文件或使用自动化工具来生成这些路径。

优点	描述
可控性	你可以明确知道每个路径的具体内容
易于分析	结果更容易理解和分析

9.2 随机路径的优点

随机路径可以帮助你发现潜在的性能瓶颈，特别是那些不容易通过固定路径发现的问题。通过随机选择链接和模拟用户行为，你可以更全面地测试应用程序的各个方面。

优点	描述
全面性	可以覆盖更多的用户行为和页面实例
不易遗漏	随机路径可以发现固定路径可能遗漏的问题

10. 持续监控和定期测试

在应用程序部署并投入使用后，要密切关注实际使用中可能出现的问题。你可以通过在实际应用程序上使用一些负载测试来自动化这个过程。例如，你可以每小时运行一些随机用户并验证性能，或者每几分钟运行一次关键路径。当检测到故障时，你希望立即通知网站管理员或其他适当人员。可以配置自动解决方案，在预设条件失败时发送电子邮件或拨打电话。

10.1 自动化监控

通过自动化监控工具，你可以实时了解应用程序的性能和健康状况。这些工具可以定期执行负载测试，并生成详细的性能报告。你可以根据这些报告调整应用程序的配置，以确保其在不同负载条件下的稳定性和响应速度。

工具	描述
Nagios	一个流行的开源监控工具，支持多种监控功能
Prometheus	一个开源监控系统，提供强大的数据查询和警报功能
Grafana	一个可视化工具，支持多种数据源和图表类型

10.2 定期测试

定期进行负载测试可以帮助你及时发现潜在的性能问题。你可以根据应用程序的实际使用情况，制定合理的测试计划。例如，每周进行一次全面的负载测试，并在每次重大更新后立即进行测试。通过这种方式，你可以确保应用程序始终处于最佳状态。

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通过以上步骤和技术，你可以有效地进行负载测试，确保你的Web应用程序在高并发用户访问的情况下依然能够稳定运行。负载测试不仅是发现性能瓶颈的重要手段，更是确保应用程序可靠性和用户体验的关键环节。