使用 JMeter 完成常用的壓力測試
講到測試，人們腦海中首先浮現的就是針對軟體正確性的測試，即常說的功能測試。但是軟體僅僅只是功能正確是不夠的。在實際開發中，還有其它的非功能因素也起著決定性的因素，例如軟體的響應速度。影響軟體響應速度的因素有很多，有些是因為演算法不夠高效；還有些可能受使用者併發數的影響。
在眾多型別的軟體測試中，壓力測試正是以軟體響應速度為測試目標，尤其是針對在較短時間內大量併發使用者的訪問時，軟體的抗壓能力。本文以 JMeter 為例，介紹瞭如何使用它來完成常用的壓力測試：Web 測試、資料庫測試和 JMS 測試。
概述
JMeter 最早是為了測試 Tomcat 的前身 JServ 的執行效率而誕生的。到目前為止，它的最新版本是2.1.1，它的測試能力也不再僅僅只侷限於對於Web伺服器的測試，而是涵蓋了資料庫、JMS、Web Service、LDAP等多種物件的測試能力。在最新的 2.1.1 中，它還提供了對於 JUNIT 的測試。
JMeter 的安裝非常簡單，從官方網站上下載，解壓之後即可使用。執行命令在%JMETER_HOME%/bin 下，對於 Windows 使用者來說，命令是 jmeter.bat。執行前請檢查JMeter 的文件，檢視是否具備相關的執行條件。對於最新版（即2.1.1），需要JDK的版本要求是JDK 1.4。
JMeter 的主要測試元件總結如下：
1. 測試計劃是使用 JMeter 進行測試的起點，它是其它 JMeter 測試元件的容器。
2. 執行緒組代表一定數量的併發使用者，它可以用來模擬併發使用者傳送請求。實際的請求內容在Sampler中定義，它被執行緒組包含。
3. 監聽器負責收集測試結果，同時也被告知了結果顯示的方式。
4. 邏輯控制器可以自定義JMeter傳送請求的行為邏輯，它與Sampler結合使用可以模擬複雜的請求序列。
5. 斷言可以用來判斷請求響應的結果是否如使用者所期望的。它可以用來隔離問題域，即在確保功能正確的前提下執行壓力測試。這個限制對於有效的測試是非常有用的。
6. 配置元件維護Sampler需要的配置資訊，並根據實際的需要會修改請求的內容。
7. 前置處理器和後置處理器負責在生成請求之前和之後完成工作。前置處理器常常用來修改請求的設定，後置處理器則常常用來處理響應的資料。
8. 定時器負責定義請求之間的延遲間隔。
JMeter的使用非常的容易，在 ONJava.com 上的文章 Using JMeter
常用測試
壓力測試不同於功能測試，軟體的正確性並不是它的測試重點。它所看重的是軟體的執行效率，尤其是短時間內訪問使用者數爆炸性增長時軟體的響應速度，壓力測試往往是在功能測試之後進行的。在實際的開發過程中，軟體潛在的效率瓶頸一般都是那些可能有多個使用者同時訪問的節點。
就目前 Java EE 的平臺下開發的軟體來說，這種節點通常可能是：Web 伺服器、資料庫伺服器和 JMS 伺服器。它們都是請求主要發生的地點，請求頻率較其它的節點要高，而且處於請求序列的關鍵路徑之上。如果它們效率無法提高的話，對於整個軟體的效率有致命的影響。而且在這些節點上一般都會發生較大規模的資料交換，有時其中還包含有業務邏輯處理，它們正是在進行壓力測試時首先需要考慮的。
本文以這三種節點為例，介紹如何使用 JMeter 來完成針對於它們的壓力測試。
Web 伺服器
對於大多數的專案來說，並不會自行開發一個Web伺服器，因此Web伺服器壓力測試的物件實際就是--釋出到Web伺服器中的軟體。最簡單的Web測試計劃只需要三個 JMeter 的測試元件，如下圖：
其中：
- 線上程組中定義執行緒數、產生執行緒發生的時間和測試迴圈次數。
- 在http請求中定義伺服器、埠、協議和方法、請求路徑等。
- 表格監聽器負責收集和顯示結果。
這種設定對於包含了安全機制的 web 應用是不夠的，典型的 web 應用一般都會：
1. 有一個登入頁，它是整個應用的入口。當用戶登入之後，應用會將使用者相關的安全資訊放到 session 中。
2. 有一個 filter，它攔截請求，檢查每個請求相關的 session 中是否包含有使用者安全資訊。如果沒有，那麼請求被重定向到登入頁，要求使用者提供安全資訊。
在這種配置下應用上面的測試計劃，那麼除了登入頁之外的其它請求都將因為缺少使用者安全資訊，而使請求實際定位到登入頁。如果不加斷言，那麼在監聽器看來所有的請求都是成功。而實際上，這些請求最終都沒有到達它們應該去的地方。顯然，這種測試結果不是我們所期望的。
為了成功的測試，至少有2種方法：
- 方法一，去掉程式的安全設定，如filter，使得不需要使用者安全資訊也能訪問受限內容；
- 方法二，不修改程式，使用JMeter提供的"Http URL重寫修飾符"或"Http Cookie管理器"。
對於第一種方法，有其侷限性：
- 需要修改程式配置，如去掉web.xml中關於安全filter的設定。需要維護多個版本的web.xml，如壓力測試和功能測試分別各自的web.xml，增加了維護成本，而且有可能會在測試之後忘記將web.xml修改回來。
- 對於一些需要使用者安全資訊的頁面無能為力，如某些業務審計操作需要使用者安全資訊來記錄。因為缺少這樣的資訊，註定了測試的失敗。如果解決為了這個問題進一步的修改程式，那麼因為存在多個版本的程式，那麼其維護難度將大大增加。
雖然，第二種方法配置難度增加了，但是它不用修改程式。而且還可將測試計劃儲存成檔案，以便重複使用。因此，選用第二種方法是較為理想的做法。下面以一個簡化的例子說明使用方法二的配置步驟。
1. 例子由以下幾個檔案組成：
-
AuthorizenFilter.java，過濾器負責檢驗session中是否存在使用者資訊。如果沒有，那麼就轉向到 login.jsp。它的主要方法 doFilter 內容如下：
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException { HttpServletRequest req = (HttpServletRequest)request; HttpServletResponse res = (HttpServletResponse)response; HttpSession session= req.getSession(); User user = (User)session.getAttribute("user"); if(null == user){ String uri= req.getRequestURI(); //如果請求頁是登入頁，不轉向 if( uri.equalsIgnoreCase("/gWeb/login.jsp")){ chain.doFilter(request, response); } else{ res.sendRedirect("/gWeb/login.jsp"); } }else{ chain.doFilter(request, response); } } -
User.java，使用者類負責記錄使用者的資訊。為了簡化，這裡的登入操作只允許指定使用者名稱和密碼。主要內容如下：
public class User { private String user; private String pwd; public User(String user, String pwd) { this.user = user; this.pwd = pwd; } public boolean login(){ return user.equals("foxgem") && pwd.equals("12345678"); } public String getUser() { return user; } public void setUser(String user) { this.user = user; } } -
Login.jsp 和welcome.jsp。其中 login.jsp 負責生成 User 物件，並呼叫 User 的login。當 login 返回為 true 時轉向到 welcome.jsp。其驗證部分的程式碼：
<% if( request.getParameter("Submit") != null) { User ur= new User( request.getParameter("user"), request.getParameter("pwd")); if( ur.login()){ session.setAttribute("user", ur); response.sendRedirect("/gWeb/welcome.jsp"); } else{ session.setAttribute( "LOGIN_ERROR_MSG", "無效的使用者，可能原因：使用者不存在或被禁用。"); response.sendRedirect("/gWeb/index.jsp"); return; } } %> -
web.xml，配置 filter 攔截所有訪問 JSP 頁面的請求：
<filter> <filter-name>authorizen</filter-name> <filter-class>org.foxgem.jmeter.AuthorizenFilter</filter-class> </filter> <filter-mapping> <filter-name>authorizen</filter-name> <url-pattern>*.jsp</url-pattern> </filter-mapping>
2. 建立如下結構的Web測試計劃：
其中主要測試元件說明如下：
- http請求預設值負責記錄請求的預設值，如伺服器、協議、埠等。
- 第一個http請求，請求login.jsp，並附加驗證所需要的引數（user=foxgem，pwd=12345678，Submit=Submit）；其包含的響應斷言驗證url中包含"welcome.jsp"，這一點可以從程式中反應。
- 第二個http請求，請求是welcome.jsp；其包含的響應斷言驗證響應文字中包含"foxgem"，它是welcome.jsp頁面邏輯的一部分。
- http cookie管理器負責管理整個測試過程中使用的cookie，它不需要設定任何屬性。
- 迴圈控制器設定傳送第二個請求的迴圈次數，表格監聽器負責收集和顯示第二個請求的測試結果。
啟動測試計劃之後，執行的順序是：首先，第一個請求登入頁進行登入；成功登入之後，使用迴圈控制器執行第二個請求。請求welcome.jsp時，響應斷言用來驗證是否確實是welocme.jsp來處理請求，而不是因為其它頁。在這個測試計劃中需要注意的是http cookie管理器。正是由於它的作用，使得第二個請求能順利的傳送到welcome.jsp進行處理，而不是因為缺少使用者安全資訊轉發到login.jsp。
在這個例子中，我們並沒有在程式中使用cookie（使用的是session），那麼http cookie管理器怎麼會起作用呢？這是因為在servlet/jsp規範中對於session的狀態跟蹤有2種方式：
- 使用cookie，保留和傳遞sessionid。它不要求程式對於url有什麼特殊的處理，但是要求瀏覽器允許cookie。在這個例子中，就是這種情形。
- 使用url重寫，每次顯式的在瀏覽器和伺服器之間傳遞sessionid。它要求程式對url進行編碼，對瀏覽器沒有要求。
對於第二種情形，可以使用JMeter前置管理器中的http url重寫修飾符來完成。對於Tomcat，Session引數是jsessionid，路徑擴充套件使用"；"。使用url編碼時需要注意，必須將瀏覽器的cookie功能關閉。因為url編碼函式，如encodeURL，會判斷是否需要將sessionid編碼到url中。當瀏覽器允許cookie時，就不會進行編碼。
如果cookie而不是session來儲存使用者安全資訊，那麼直接使用http cookie管理器就行了。此時，需要將使用的cookie引數和值直接寫到管理器中，由它負責管理。對於其它的cookie使用，也是如此操作。
登入問題解決之後，對於 Web 伺服器的測試就沒什麼難點了。剩下的就是根據實際需要，靈活運用相關的測試元件搭建編寫的測試計劃。（當然，對於安全問題還有其它的使用情景。在使用時需要明確：JMeter 是否支援，如果支援使用哪種測試元件解決。）
資料庫伺服器
資料庫伺服器在大多數企業專案中是不可缺少的，對於它進行壓力測試是為了找出：資料庫物件是否可以有效地承受來自多個使用者的訪問。這些物件主要是：索引、觸發器、儲存過程和鎖。通過對於SQL語句和儲存過程的測試，JMeter 可以間接的反應資料庫物件是否需要優化。
JMeter 使用 JDBC 傳送請求，完成對於資料庫的測試。一個數據庫測試計劃，建立如下結構即可：
其中：
- JDBC連線配置，負責配置資料庫連線相關的資訊。如：資料庫url、資料庫驅動類名、使用者名稱和密碼等等。在這些配置中，"繫結到池的變數名"（Variable Name Bound to Pool）是一個非常重要的屬性，這個屬性會在JDBC請求中被引用。通過它， JDBC請求和JDBC連線配置建立關聯。（測試前，請將所需要的資料庫驅動放到JMeter的classpath中）。
- JDBC請求，負責傳送請求進行測試。
- 圖形結果，收集顯示測試結果。
在實際的專案中，至少有2種類型的JDBC請求需要關注：select語句和儲存過程。前者反應了select語句是否高效，以及表的索引等是否需要優化；後者則是反應儲存過程的演算法是否高效。它們如果效率低下，必然會帶來響應上的不盡如人意。對於這兩種請求，JDBC請求的配置略有區別：
-
Select語句
-
儲存過程
如果對於Oracle，如果測試的是函式，那麼也可以使用select語句來進行配置，此時可以使用：select 函式(入參) from dual形式的語句來測試，其中dual是oracle的關鍵字，表示啞表。對於其它廠商的資料庫產品，請查詢手冊。
JMS伺服器
MOM 作為訊息資料交換的平臺，也是影響應用執行效率的潛在環節。在 Java 程式中，是通過 JMS 與 MOM 進行互動的。作為 Java 實現的壓力測試工具，JMeter 也能使用 JMS 對應用的訊息交換和相關的資料處理能力進行測試。這一點應該不難理解，因為在整個測試過程中，JMeter 測試的重點應該是訊息的產生者和消費者的本身能力，而不是 MOM本身。
根據 JMS 規範，訊息交換有2種方式：釋出/訂閱和點對點。JMeter針對這兩種情形，分別提供了不同的Sampler進行支援。以下MOM我們使用ActiveMQ 3.2.1，分別描述這兩種訊息交換方式是如何使用 JMeter 進行測試。
1. 測試前的準備（兩種情況都適用）
JMeter 雖然能使用 JMS 對 MOM 進行測試，但是它本身並沒有提供JMS需要使用的包。因此，在測試之前需要將這些包複製到 %JMETER_HOME%/lib 下。對於 ActiveMQ 來說，就是複製 %ACTIVEMQ_HOME%/lib。%ACTIVEMQ_HOME%/optional 是可選包，可根據實際情況來考慮是否複製。
JMeter 在測試時使用了 JNDI，為了提供 JNDI 提供者的資訊，需要提供 jndi.properties。同時需要將 jndi.properties 放到 JMeter 的 classpath 中，建議將它與 bin下的 ApacheJMeter.jar 打包在一起。對於 ActiveMQ，jndi.properties 的示例內容如下：
java.naming.factory.initial = org.activemq.jndi.ActiveMQInitialContextFactory
java.naming.provider.url = tcp://localhost:61616
#指定connectionFactory的jndi名字，多個名字之間可以逗號分隔。
#以下為例：
#對於topic，使用(TopicConnectionFactory)context.lookup("connectionFactry")
#對於queue，(QueueConnectionFactory)context.lookup("connectionFactory")
connectionFactoryNames = connectionFactory
#註冊queue，格式：
#queue.[jndiName] = [physicalName]
#使用時：(Queue)context.lookup("jndiName")，此處是MyQueue
queue.MyQueue = example.MyQueue
#註冊topic，格式：
# topic.[jndiName] = [physicalName]
#使用時：(Topic)context.lookup("jndiName")，此處是MyTopic
topic.MyTopic = example.MyTopic
2. 釋出/訂閱
在實際測試時，釋出者和訂閱者並不是需要同時出現的。例如，有時我們可能想測試單位時間內訊息釋出者的訊息產生量，此時就不需要訊息釋出者，只需要訂閱者就可以了。本例為了說明這兩種Sampler的使用，因此建立如下的測試計劃：
其中JMS Publisher和JMS Subscriber的屬性：選擇"使用jndi.properties"，連線工廠是connectionFactory，主題是MyTopic，其它使用預設配置。對於JMS Publisher，還需提供測試用的文字訊息。
啟動ActiveMQ，執行測試計劃。如果配置正確，那麼與ActiveMQ成功連線之後，在JMeter的後臺會打印出相關資訊。在測試過程中，JMeter 後臺列印可能會出現java.lang.InterruptedException 資訊，這個是正常現象，不會影響測試過程和結果。這一點可以從 bin 下的 jmeter.log 看出。
3. 點對點
對於點對點，JMeter只提供了一種Sampler：JMS Point-to-Point。在例子中，建立如下圖的測試計劃：
其中：Communication style是Request Only。對於另一種風格：Request Response，會驗證收到訊息的JMS Header中的JMSCorrelationID，以判斷是否是對請求訊息的響應。
結論
本文介紹瞭如何使用JMeter完成最常用的三種類型伺服器的壓力測試，這三種類型的壓力測試涵蓋了很大一部分的使用情形，然而需要記住的是工具畢竟是工具。效果好不好，關鍵還是在於使用的人。而且，對於壓力測試，測試計劃的好壞是關鍵。針對不同的情況，分析後有針對的進行測試，比起拿槍亂打、無的放矢顯然要高效得多。