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对node工程进行压力测试与性能分析

上周在系统上线前,为了看下系统能承受多大的并发和并发下的负载情况,进行了一轮压测。在压测过程中,发现服务器的cpu飚的的非常高,而tps,接口耗时、服务可用等都是正常的,卧槽,这就奇了怪了,自己想了半天也没想出为啥,不得已求助了大佬,大佬说先查看 cpu processor what?这是啥??虽然听不懂,但可以查嘛╭(╯^╰)╮,可还没等我查出来,大佬直接上手,一顿骚操作,便找出了原因~ 这着实让自己汗颜啊,内功远远不足啊,回来网上找了资料,恶补一把如何分析node工程中的性能问题

在开发过程中,因为过于只关注了业务逻辑的实现,一些可能出现性能的点被忽略掉,而且这些点只能在量稍微大些的并发场景下才会出现,忘了在哪看到一句话 可能会出问题的点,便一定会出问题 性能问题进行分析必不可少

样例项目

为了便于演示,写了个简单的小例子

// app.js
const crypto = require('crypto')
const Koa = require('koa')
const Router = require('koa-router');

const app = new Koa();
const router = new Router();

router.get('/crypto', async(ctx, next) => {
    const salt = crypto.randomBytes(128).toString('base64')
    const hash = crypto.pbkdf2Sync('crypto', salt, 10000, 64, 'sha512').toString('hex')

    ctx.body = { hash: hash }
    console.log(hash)

    ctx.status = 200
    next()
});

let reqNum = 0
router.get('/empty', async(ctx, next) => {

    ctx.body = { hash: 'empty' }
    reqNum++;

    ctx.status = 200
    next()
});

app.use(router.routes()).use(router.allowedMethods());
app.listen(3000, () => {
    console.log("listen 3000")
})
复制代码

基于koa2,有两个路由,一个/crypto,其中的业务逻辑是,使用crypto库对字符串加密;一个是 /empty,没有业务逻辑的接口,就是个空接口

压力测试

压力测试工具市面上有很多种,就不一一列举了,在社区看到有人推荐 autocannon ,就对这个工具做个介绍,官方的简介是 fast HTTP/1.1 benchmarking tool written in Node.js ,使用node编写的压测工具,能比wrk生成更多负载。

install

npm i autocannon -g npm i autocannon --save

use

提供两种使用方式

  1. 命令行 autocannon -c 100 -d 5 -p 2 http://127.0.0.1:3000/test 简单快速
  2. api调用 autocannon(opts[, cb]) 便于编写脚本

关键参数有这么几个

  • -c/--connections NUM 并发连接的数量,默认10
  • -p/--pipelining NUM 每个连接的流水线请求请求数。默认1
  • -d/--duration SEC 执行的时间,单位秒
  • -m/--method METHOD 请求类型 默认GET
  • -b/--body BODY 请求报文体

还有很多参数,大家可以查看官网文档。

这个库目前只能支持一个接口压测,我写了个脚本,可以支持批量压测和生成测试报告,具体代码见文末。

report

下图是对 /empty 接口压测 autocannon -c 100 -d 5 -p 1 http://127.0.0.1:3000/empty 结果如下

autocannon-empty

可看到,每秒有100个链接,每个链接一个请求,持续5秒,一共产生 31k 次请求。 报告分三部分,第一行表示接口的延迟,第二行表示每秒的请求数(tps),第三行表示每秒返回的字节数。那么,延迟越低,tps越高,就表示接口性能越好,因为empty 是个空接口,所以它的tps=6221还不错,响应时间也很快,我们换成 /crypto 接口在试试

autocannon-crypto

立马看出差距了,这个接口tps只有77,接口耗时达到了1100ms,说明这个接口有很大的优化空间啊

生成性能文件与分析

通过压测工具我们找到了有问题的接口,那接下来,就要对接口进行剖析了,可是光看接口代码,不好分析啊,毕竟没有说服力,我们就需要一份性能报告,用数据说话,下面介绍这个两个方法给大家

V8 Profiler

V8 官方已经为大家考虑到这点了,提供了Profiler工具 使用方式也很快捷,步骤如下(以app.js为例)

生成报告

在启动命令中加上 --prof ,如 node --prof app.js ,在项目根目录会生成isolate-xxxxxxx-v8.log格式的文件,用来记录运行期间的调用栈和时间等信息,其中内容如下(文件较大,就截取最顶端一小截)

v8-version,6,1,534,47,0
shared-library,"C:\Program Files\nodejs\node.exe",0x7ff7505f0000,0x7ff751c0f000,0
shared-library,"C:\WINDOWS\SYSTEM32\ntdll.dll",0x7ff8718a0000,0x7ff871a61000,0
shared-library,"C:\WINDOWS\system32\KERNEL32.DLL",0x7ff870590000,0x7ff87063d000,0
shared-library,"C:\WINDOWS\system32\KERNELBASE.dll",0x7ff86e830000,0x7ff86ea18000,0
shared-library,"C:\WINDOWS\system32\WS2_32.dll",0x7ff86ee00000,0x7ff86ee6b000,0
复制代码
分析报告
  1. 对刚刚生成的log文件分析,还是使用官方提供的工具 node --prof-process isolate-xxxxxxxx-v8.log,生成结果如下(去掉无用的部分)
Statistical profiling result from isolate-00000209B99A60A0-v8.log, (17704 ticks, 8 unaccounted, 0 excluded).

 [Shared libraries]:
   ticks  total  nonlib   name
  13795   77.9%          C:\WINDOWS\SYSTEM32\ntdll.dll
  ...

 [JavaScript]:
   ticks  total  nonlib   name
     12    0.1%   11.3%  Builtin: CallFunction_ReceiverIsAny
     ...

 [C++]:
   ticks  total  nonlib   name

 [Summary]:
   ticks  total  nonlib   name
     94    0.5%   88.7%  JavaScript
      0    0.0%    0.0%  C++
      8    0.0%    7.5%  GC
  17598   99.4%          Shared libraries
      8    0.0%          Unaccounted

 [C++ entry points]:
   ticks    cpp   total   name

 [Bottom up (heavy) profile]:
  Note: percentage shows a share of a particular caller in the total
  amount of its parent calls.
  Callers occupying less than 1.0% are not shown.

   ticks parent  name
  13795   77.9%  C:\WINDOWS\SYSTEM32\ntdll.dll

   3795   21.4%  C:\Program Files\nodejs\node.exe
   3768   99.3%    C:\Program Files\nodejs\node.exe
   3287   87.2%      Function: ~pbkdf2 crypto.js:633:16
   3287  100.0%        Function: ~exports.pbkdf2Sync crypto.js:628:30
   3287  100.0%          Function: ~router.get D:\github\webapp\js\usen\app.js:8:23
   3287  100.0%            Function: ~dispatch D:\github\webapp\js\usen\node_modules\_koa-compose@3.2.1@koa-compose\index.js:37:23
    ...
复制代码

报告包含六部分:Shared libraries、JavaScript、C++、Summary、C++ entry points 和 Bottom up (heavy) profile,[JavaScript] 部分列出了 JavaScript 代码执行所占用的 CPU ticks(CPU 时钟周期),[C++] 部分列出了 C++ 代码执行所占用的 CPU ticks,[Summary] 列出了各个部分的占比,[Bottom up] 列出了所有 CPU 占用时间从大到小的函数及堆栈信息。

根据 3287 87.2% Function: ~pbkdf2 crypto.js:633:16 可看出这个函数消耗了 87.2% 的cpu

  1. 文件的方式不直观,那我们换个UI界面的,步骤如下
  • 先clone v8的仓库下来 git clone https://github.com/v8/v8.git
  • 将日志文件转换成 json格式 node --prof-process --preprocess isolate-xxxxxxxxxx-v8.log > v8.json
  • 打开 v8/tools/profview/index.html 文件,是个静态界面,在界面中心选择刚生成的 v8.json文件,文件解析成功后,界面如下

v8-ui

具体的功能就不一一解释啦,我们逐层展开,寻找耗时的点,很快便找到耗cpu的地方,如下图

v8-ui-report

node占比是45%,其中 pbkdf2 crypto.js便占用了92%

v8-profiler

除了官方提供之外,我们还可以选择开源大佬的库,v8-profiler ,这个库的创建的时间比较早,6年前便创建了,最近一次更是在一年半前,社区评价还是不错的

生成报告

生成方式很简单,不足的是,需要硬编码在项目中,如下

profiler.startProfiling('', true);
setTimeout(function() {
  var profile = profiler.stopProfiling('');
  profile.export()
     .pipe(fs.createWriteStream(`cpuprofile-${Date.now()}.cpuprofile`))
     .on('finish', () => profile.delete())
}, 1000);
复制代码
解析报告
  1. Chrome

我们的大Chrome要出马啦,在Chrome的控制台,有一栏 JavaScript Profile 如下图

chrom-cpu

点击load,选择刚刚生成的文件,解析后如下

chrom-report

逐层查看,便了然

  1. flamegraph-火焰图

使用 flamegraph 生成酷炫的火焰图,用在报告那是酷炫的一逼,官网图如下

flameGraph

使用方式就不细说啦

  1. v8-analytics

这个是社区大佬们,写的一个开源库 v8-analytics,官方介绍如下

解析v8-profiler和heapdump等工具输出的cpu & heap-memory日志,可以提供

  • v8引擎逆优化或者优化失败的函数标红展示以及优化失败原因展示
  • 函数执行时长超过预期标红展示
  • 当前项目中可疑的内存泄漏点展示

对应的命令如下

va test bailout --only 这个命令可以只把那些v8引擎逆优化的函数列出来展示。

va test timeout 200 --only 这个命令可以只把那些执时长超过200ms的函数列出来展示。

va test leak 可疑展示出测试的heapsnapshot文件中可疑的内存泄漏点。

这个库的好处是,省的我们一个个去点开查找,这样可以更加便于我们筛选问题啦~

批量压力测试及生成报告

autocannon 只能运行一个接口,要想在测试下一个接口,就得修改代码,比如想批量测试多个接口,就需要来回改代码,操作就比较麻烦,所以我基于 autocannon 写了个脚本,可以逐一压测定义好的接口,同时还可以生成测试报告。

'use strict'

const autocannon = require('autocannon')
const reporter = require('autocannon-reporter')
const path = require('path')
const sleep = ms => new Promise(resolve => setTimeout(resolve, ms));

/**
 * @description
 * 运行autocannon
 * @author lizc
 * @param {*} param
 */
function makeAutocannon(param) {
    autocannon(param).on('done', handleResults)
}

/**
 * @description
 * 处理接口
 * @author lizc
 * @param {*} result
 */
function handleResults(result) {
    const reportOutputPath = path.join(`./${result.title}_report.html`)
    reporter.writeReport(reporter.buildReport(result), reportOutputPath, (err, res) => {
        if (err) console.err('Error writting report: ', err)
        else console.log('Report written to: ', reportOutputPath)
    })
}

// 请求参数
const autocannonParam = {
    url: 'http://127.0.0.1:6100/',
    connections: 100,
    duration: 10,
    headers: {
        type: 'application/x-www-form-urlencoded'
    }
}
// 请求报文参数
const requestsParam = {
    method: 'POST', // this should be a put for modifying secret details
    headers: { // let submit some json?
        'Content-type': 'application/json; charset=utf-8'
    }
}

/**
 * @description
 * 启动批量压测
 * @author lizc
 * @param {*} methodList 接口列表
 */
async function run(methodList) {
    const autocannonList = methodList.map(val => {
        return {
            ...autocannonParam,
            url: autocannonParam.url + val,
            title: val,
            requests: [
                {
                    ...requestsParam,
                }
            ],
        }
    })
    for (let i = 0; i < autocannonList.length; i++) {
        if (i !== 0) {
            await sleep((autocannonList[i - 1].duration + 2) * 1000)
            makeAutocannon(autocannonList[i])
        } else {
            makeAutocannon(autocannonList[i])
        }
    }
}
// 启动
run(['order', 'crypto'])
复制代码

小结

我是github的搬运工

以上的方法基本上能满足我们的需求,当然性能涉及的方方面面很多比如内存泄漏、事物等,性能调优路漫漫呀, 文章大部分东西都是来自大佬们的总结,我只是在做一次整理汇总,便于自己理解与查阅,希望能帮到小伙伴们~

参考链接

github.com/nswbmw/node…

github.com/hyj1991/v8-…

cnodejs.org/topic/58b56…

github.com/mcollina/au…

www.helplib.com/GitHub/arti…

github.com/nearform/no…

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