性能测试之如何分析CPU异常曲线

性能测试为保证软件质量起到重要作用，对于交易量较大的应用系统，性能测试更是一个必不可少的环节。

测试人员通常通过监测响应时间、吞吐量、应用服务器和数据库服务器的CPU及内存来衡量系统的性能是否达标，那么，在性能测试过程中，面对一些异常的指标数据，我们应该如何层层剥茧，找到问题产生的原因？

如何聚焦、解决性能问题？笔者本次将总结移动端性能测试的经验，与大家分享如何应对CPU异常曲线。

一、性能测试发现的问题

本次是针对移动端应用进行性能测试，性能测试的交易分别为查询交易1、申请交易1、申请交易2、查询交易2和查询交易3。

在对5支交易进行混合疲劳8小时测试过程中，发现应用服务器的CPU使用率曲线呈现规律性的异常现象：混合场景疲劳发压几小时后，CPU使用率陡增，直至发压结束，曲线如图1所示。

图1 应用服务器CPU曲线

二、问题分析过程

图2 问题分析流程图

1.发现问题时，初步猜测是由于环境不稳导致了CPU陡增，再次进行混合8小时疲劳测试，发现测试结果和最初的结果一致，排除环境因素。

2. 查询XMeter的运行日志，发现有Java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space的报错信息，进而对Heapdump文件进行分析，并未发现导致该问题的代码块。随后修改堆内存配置，由原来的1.5G改为2.5G，再次混合疲劳压测8小时，压测结果如图3所示。

图3 应用服务器CPU曲线

压测结果显示：应用服务器的CPU使用率曲线开始陡增的时间较之前变长，堆内存为1.5G时，CPU使用率在发压开始2-3小时左右陡增，直至发压结束；堆内存为2.5G时，CPU使用率在发压开始5-6小时左右陡增，直至发压结束。

3. 项目组进一步验证环境的参数配置，将服务器由2C/4G扩容至2C/8G，增加数据库连接池数目和WAS线程数，再次进行混合疲劳压测，测试结果显示CPU仍然出现陡增现象，排除环境参数配置因素。

4. 测试人员对应用服务器CPU曲线、数据库服务器CPU曲线、TPS曲线和请求响应时间曲线进行综合分析，发现应用服务器CPU陡增的同时，数据库CPU和TPS曲线呈现下降趋势，平均响应时间曲线升高，因此初步将问题原因聚焦于应用服务器程序问题。

（1）请求响应时间

图4 请求响应时间曲线

（2）请求吞吐量

图5 请求吞吐量曲线

（3）数据库服务器CPU曲线

图6 数据库服务器CPU曲线

分析native_stderr.log，发现JVM堆内存使用量不断升高，堆内存回收异常，存在内存泄漏：

图7 JVM堆内存使用量曲线

5. 在确认是程序问题之后，通过对不同的交易进行压测来定位导致问题的交易：

（1）移动端交易单独压测

由于陡增的时间节点是发压后3小时，分别对每支交易进行压测4小时，进而对不同的交易组合进行混合压测4小时，CPU陡增现象均未出现。

（2）PC端与移动端交易进行压测

① 由于5支交易中仅申请交易2是旧交易，因此对PC端的申请交易2单独进行疲劳压测8小时，发现JVM堆内存使用率曲线显示正常；

② 对PC端申请交易2，移动端：查询交易1、查询交易2、查询交易3这4支交易进行混合疲劳压测8小时，发现JVM堆内存使用率曲线显示正常；

③ 对PC端申请交易2，移动端：查询交易1、查询交易2、查询交易3、申请交易1这5支交易混合疲劳压测8小时，问题复现，测试结果如图8所示。

图8 应用服务器CPU曲线

JVM堆内存使用量曲线如图9所示。

图9 JVM堆内存使用量曲线

初步确认申请交易1导致该问题出现，随后对申请交易1单独进行疲劳压测8小时，问题复现，确认该交易存在问题，测试结果如图10所示。

图10 应用服务器CPU曲线

JVM堆内存使用量曲线如图11所示。

图11 JVM堆内存使用量曲线

三、解决方案

项目组对申请交易1和申请交易2的代码进行单步调试，定位到出现内存问题的代码块，随后比对PC端和移动端交易代码，发现移动端交易代码未对申请单缓存数据进行清理，加入了清理缓存数据的方法后，再次对5支交易进行混合疲劳压测8小时，应用服务器的CPU曲线平稳，未出现陡增现象。

代码块采用了线程上下文方式对每笔申请单数据进行缓存，采用此种方法，需要用remove（）方法对其进行清理，这样可以加速JVM的回收，否则，在高并发的情况下，会出现JVM堆内存使用量一直升高，堆内存回收异常的现象。

四、测试总结及反思

性能测试过程中，响应时间、吞吐量、CPU是衡量性能的关键指标，当响应时间、吞吐量符合通过准则时，并不意味着性能一定是正常的，还要关注CPU曲线是否正常。

1.及时查看相关的日志，如XMeter日志、Heapdump文件、java core文件和native_stderr.log文件，通过日志文件分析堆内存是否存在回收异常、内存泄漏或内存溢出等现象。

2. 问题复现的压测时间至少为8小时或8小时以上，本次性能测试中，问题复现的压测时间均为3-5小时，压测时间不足导致问题未能很好的复现。

3. 日志显示存在内存泄漏的现象后，要着重检查代码，而不应该持续的更改配置和参数。

4. 应及时对测试结果进行全面分析，包括应用服务器CPU曲线、数据库服务器CPU曲线、请求吞吐量和请求响应时间，这样更有助于快速定位问题来源。

5. 由于堆内存会在服务器重启之后进行清理，因此为了使每次测试都是从初始状态开始，测试之前应该重启服务器。