性能-什么是并发用户数
我们假设上图中的这些小人是严格按照这个逻辑到达系统的,那显然,系统的绝对并发用户数是 4。如果描述 1 秒内的并发用户数,那就是 16。是不是显而易见?
但是,在实际的系统中,用户通常是这样分配的:
也就是说,这些用户会分布在系统中不同的服务、网络等对象中。这时候”绝对并发“这个概念就难描述了,你说的是哪部分的绝对并发呢?
要说积分服务,那是 2;要说库存服务,那是 5;要说订单服务,它自己是 5 个请求正在处理,但同时它又 hold 住了 5 个到库存服务的链接,因为要等着它返回之后,再返回给前端。所以将绝对并发细分下去之后,你会发现头都大了,不知道要描述什么了。
有人说,我们可以通过 CPU 啊,I/O 啊,或者内存来描述绝对并发,来看 CPU 在同一时刻处理的任务数。如果是这样的话,绝对并发还用算吗?那肯定是 CPU 的个数呀。有人说 CPU 1ns 就可以处理好多个任务了,这里的 1ns 也是时间段呀。要说绝对的某个时刻,任务数肯定不会大于 CPU 物理个数。
所以“绝对并发”这个概念,不管是用来描述硬件细化的层面,还是用来描述业务逻辑的层面,都是没什么意义的。
我们只要描述并发就好了,不用有“相对”和“绝对”的概念,这样可以简化沟通,也不会出错。
那么如何来描述上面的并发用户数呢?在这里我建议用 TPS 来承载“并发”这个概念。
并发数是 16TPS,就是 1 秒内整个系统处理了 16 个事务。
这样描述就够了,别纠结。
那么新问题又来了,在线用户数和并发用户数应该如何算呢?下面我们接着来看示意图:
如上图所示,总共有 32 个用户进入了系统,但是绿色的用户并没有任何动作,那么显然,在线用户数是 32 个,并发用户数是 16 个,这时的并发度就是 50%。
但在一个系统中,通常都是下面这个样子的。
为了能 hold 住更多的用户,我们通常都会把一些数据放到 Redis 这样的缓存服务器中。所以在线用户数怎么算呢,如果仅从上面这种简单的图来看的话,其实就是缓存服务器能有多大,能 hold 住多少用户需要的数据。
最多再加上在超时路上的用户数。如下所示:
所以我们要是想知道在线的最大的用户数是多少,对于一个设计逻辑清晰的系统来说,不用测试就可以知道,直接拿缓存的内存来算就可以了。
假设一个用户进入系统之后,需要用 10k 内存来维护一个用户的信息,那么 10G 的内存就能 hold 住 1,048,576 个用户的数据,这就是最大在线用户数了。在实际的项目中,我们还会将超时放在一起来考虑。
但并发用户数不同,他们需要在系统中执行某个动作。我们要测试的重中之重,就是统计这些正在执行动作的并发用户数。
当我们统计生产环境中的在线用户数时,并发用户数也是要同时统计的。这里会涉及到一个概念:并发度。
要想计算并发用户和在线用户数之间的关系,都需要有并发度。
做性能的人都知道,我们有时会接到一个需求,那就是一定要测试出来 系统最大在线用户数是多少。 这个需求怎么做呢?
很多人都是通过加思考时间(有的压力工具中叫等待时间,Sleep 时间)来保持用户与系统之间的 session 不断,但实际上的并发度非常非常低。
我曾经看到一个小伙,在一台 4C8G 的笔记本上用 LoadRunner 跑了 1 万个用户,里面的 error 疯狂上涨,当然正常的事务也有。我问他,你这个场景有什么意义,这么多错?他说,老板要一个最大在线用户数。我说你这些都错了呀。他说,没事,我要的是 Running User 能达到最大就行,给老板交差。我只能默默地离开了。
这里有一个比较严重的理解误区,那就是压力工具中的线程或用户数到底是不是用来描述性能表现的?我们通过一个示意图来说明:
通过这个图,我们可以看到一个简单的计算逻辑:
而我们通常说的“并发”这个词,依赖 TPS 来承载的时候,指的都是 Server 端的处理能力,并不是压力工具上的并发线程数。在上面的例子中,我们说的并发就是指服务器上 100TPS 的处理能力,而不是指 5 个压力机的并发线程数。请你切记这一点,以免沟通障碍。
所以,我一直在强调一点,这是一个基础的知识:不要在意你用的是什么压力工具,只要在意你服务端的处理能力就可以了。
上面说了这么多,我们现在来看一个实例。这个例子很简单,就是:
JMeter(1 个线程) - Nginx - Tomcat - MySQL
通过上面的逻辑,我们先来看看 JMeter 的处理情况:
我们可以看到,JMeter 的平均响应时间基本都在 5ms,因为只有一个压力机线程,所以它的 TPS 应该接近 1000ms/5ms=200TPS。从测试结果上来看,也确实是接近的。有人说为什么会少一点?因为这里算的是平均数,并且这个数据是 30s 刷新一次,用 30 秒的时间内完成的事务数除以 30s 得到的,但是如果事务还没有完成,就不会计算在内了;同时,如果在这段时间内有一两个时间长的事务,也会拉低 TPS。
那么对于服务端呢,我们来看看服务端线程的工作情况。
可以看到在服务端,我开了 5 个线程,但是服务端并没有一直干活,只有一个在干活的,其他的都处于空闲状态。
这是一种很合理的状态。但是你需要注意的是,这种合理的状态并不一定是对的性能状态。
下面我们换一下场景,在压力机上启动 10 个线程。结果如下:
平均响应时间在 25ms,我们来计算一处,(1000ms/25ms)*10=400TPS,而最新刷出来的一条是 396.2,是不是非常合理?
同样是 5 个线程,现在就忙了很多。
如果要有公式的话,这个计算公式将非常简单:
对于压力工具来说,只要不报错,我们就关心 TPS 和响应时间就可以了,因为 TPS 反应出来的是和服务器对应的处理能力,至少压力线程数是多少,并不关键。我想这时会有人能想起来 JMeter 的 BIO 和 AIO 之争吧。
你也许会说,这个我理解了,服务端有多少个线程,就可以支持多少个压力机上的并发线程。但是这取决于 TPS 有多少,如果服务端处理的快,那压力机的并发线程就可以更多一些。
这个逻辑看似很合理,但是通常服务端都是有业务逻辑的,既然有业务逻辑,显然不会比压力机快。
应该说,服务端需要更多的线程来处理压力机线程发过来的请求。所以我们用几台压力机就可以压几十台服务端的性能了。
如果在一个微服务的系统中,因为每个服务都只做一件事情,拆分得很细,我们要注意整个系统的容量水位,而不是看某一个服务的能力,这就是拉平整个系统的容量。
我曾经看一个人做压力的时候,压力工具中要使用 4000 个线程,结果给服务端的 Tomcat 上也配置了 4000 个线程,结果 Tomcat 一启动,稍微有点访问,CS 就特别高,结果导致请求没处理多少,自己倒浪费了不少 CPU。
通过示意图和示例,我描述了在线用户数、并发用户数、TPS(这里我们假设了一个用户只对应一个事务)、响应时间之间的关系。有几点需要强调: