记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题

作者:拂衣

问题背景

在使用 JMeter 压测时,发现同一后端服务,在单机 500 并发下,HTTP 和 HTTPS 协议压测 RT 差距非常大。同时观测后端服务各监控指标水位都很低,因此怀疑性能瓶颈在 JMeter 施压客户端。

问题分析

切入点:垃圾回收

首先在施压机观察到 CPU 使用率和内存使用率都很高,详细看下各线程 CPU、内存使用情况:

top -Hp {pid}

发现进程的 CPU 使用率将近打满,其中 GC 线程 CPU 使用率很高

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第1张图片

再看下 gc 的频率和耗时,发现每秒都有 YoungGC,且累计耗时比较长,因此先从频繁 GC 入手,定位问题。

java/bin/jstat -gcutil {pid} 1000

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第2张图片

在压测过程中,对 JMeter 的运行进程做了 HeapDump 后,分析下堆内存:

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第3张图片

可以看到 cacheMap 对象占用了 93.3%的内存,而它又被 SSLSessionContextImpl 类引用,分析下源码,可以看出,每个 SSLSessionContextImpl 对象构造时,都会初始化 sessionHostPortCache 和 sessionCache 两个软引用 Cache。因为是软引用,所以在内存不足时 JVM 才会回收此类对象。


    // 默认缓存大小
    private final static int DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE = 20480;

    // package private
    SSLSessionContextImpl() {
        cacheLimit = getDefaultCacheLimit();    // default cache size,这里默认是20480
        timeout = 86400;                        // default, 24 hours

        // use soft reference
        // 这里初始化了2个默认大小20480的缓存,是频繁GC的原因
        sessionCache = Cache.newSoftMemoryCache(cacheLimit, timeout);
        sessionHostPortCache = Cache.newSoftMemoryCache(cacheLimit, timeout);
    }

    // 获取默认缓存大小
    private static int getDefaultCacheLimit() {
        try {
            int defaultCacheLimit = GetIntegerAction.privilegedGetProperty(
                    "javax.net.ssl.sessionCacheSize", DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE);

            if (defaultCacheLimit >= 0) {
                return defaultCacheLimit;
            } else if (SSLLogger.isOn && SSLLogger.isOn("ssl")) {
                SSLLogger.warning(
                    "invalid System Property javax.net.ssl.sessionCacheSize, " +
                    "use the default session cache size (" +
                    DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE + ") instead");
            }
        } catch (Exception e) {
            // unlikely, log it for safe
            if (SSLLogger.isOn && SSLLogger.isOn("ssl")) {
                SSLLogger.warning(
                    "the System Property javax.net.ssl.sessionCacheSize is " +
                    "not available, use the default value (" +
                    DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE + ") instead");
            }
        }

        return DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE;
    }

通过上述代码,发现 sessionCache 和 sessionHostPortCache 缓存默认大小是 DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE,也就是 20480。对于我们压测的场景来说,如果每次请求重新建立连接,那么就根本不需要这块缓存。再看下代码逻辑,发现其实可以通过 javax.net.ssl.sessionCacheSize 来设置缓存的大小,在 JMeter 启动时,添加 JVM 参数-Djavax.net.ssl.sessionCacheSize=1,将缓存大小设置为 1,重新压测验证,观察 GC。

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第4张图片

可以看出,YGC 明显变少了,从 1 秒 1 次,变成了 5-6 秒 1 次。那么观察下压测的 RT,结果。。。竟然还是 1800ms,本来 100ms 的服务被压成 1800ms,看来问题不在于 SSLSession 的缓存。再回到 GC 的耗时分析部分,仔细看下,其实 Full GC 只有 1 次,阻塞性的耗时并不多,Young GC 虽然频繁,但阻塞时间很短,也不至于将 SSL 加解密的 CPU 计算时间片全部抢占。看起来压力就是单纯的 SSL 握手次数多,造成了性能瓶颈。

调整思路:为什么频繁 SSL 握手

回到问题背景,我们是在做压力测试,单机会跑很高的并发模拟用户量,出于性能考虑,完全可以一次握手后共享 SSL 连接,后续不再握手,为什么 JMeter 会如此频繁握手呢?

带着这个问题,看了下 JMeter 官方文档,果然有惊喜!

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第5张图片

原来 JMeter 有 2 个开关在控制是否重置 SSL 上下文的选项,首先是 https.sessioncontext.shared 控制是否全局共享同一个 SSLContext,如果设为 true,则各线程共享同一个 SSL 上下文,这样对施压机性能压力最低,但不能模拟真实多用户 SSL 握手的情况。

第二个开关 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 是线程组每次循环是否重置 SSL 上下文,5.0 之后默认为true,也就是说每次循环都会重置 SSL 上下文,看来这就是导致 SSL 频繁握手的原因。

问题验证

回归测试

在 jmeter.properties 中将配置每个线程循环时,不重置 SSL 上下文,在 PTS 控制台再次启动压测,RT 直接下降 10 倍。

httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration=false

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第6张图片

修改前

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第7张图片

修改后

源码验证

下面从源码层面分析下 JMeter 是怎么实现循环重置 SSL 上下文的,代码如下:


    /**
     *  Whether SSL State/Context should be reset
     *  Shared state for any HC based implementation, because SSL contexts are the same 
     */
    protected static final ThreadLocal resetStateOnThreadGroupIteration =
            ThreadLocal.withInitial(() -> Boolean.FALSE);


    /**
     * Reset SSL State. 
* In order to do that we need to: *
    *
  • Call resetContext() on SSLManager
  • *
  • Close current Idle or Expired connections that hold SSL State
  • *
  • Remove HttpClientContext.USER_TOKEN from {@link HttpClientContext}
  • *
* @param jMeterVariables {@link JMeterVariables} * @param clientContext {@link HttpClientContext} * @param mapHttpClientPerHttpClientKey Map of {@link Pair} holding {@link CloseableHttpClient} and {@link PoolingHttpClientConnectionManager} */ private void resetStateIfNeeded(JMeterVariables jMeterVariables, HttpClientContext clientContext, Map> mapHttpClientPerHttpClientKey) { if (resetStateOnThreadGroupIteration.get()) { // 关闭当前线程对应连接池的超时、空闲连接,重置连接池状态 closeCurrentConnections(mapHttpClientPerHttpClientKey); // 移除Token clientContext.removeAttribute(HttpClientContext.USER_TOKEN); // 重置SSL上下文 ((JsseSSLManager) SSLManager.getInstance()).resetContext(); // 标记置为false,保证一次循环中,只有第一个采样器走进此逻辑 resetStateOnThreadGroupIteration.set(false); } } @Override protected void notifyFirstSampleAfterLoopRestart() { log.debug("notifyFirstSampleAfterLoopRestart called " + "with config(httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration={})", RESET_STATE_ON_THREAD_GROUP_ITERATION); resetStateOnThreadGroupIteration.set(RESET_STATE_ON_THREAD_GROUP_ITERATION); }

在每次基于 Apache HTTPClient4 的 HTTP 采样器执行时,都会调用 resetStateIfNeeded 方法,在进入方法时读取 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 配置,即 resetStateOnThreadGroupIteration。如果是 true,重置当前线程的连接池状态、重置 SSL 上下文,然后再将 resetStateOnThreadGroupIteration 置为 false。

因为 JMeter 的并发是基于线程实现的,resetStateOnThreadGroupIteration 这个开关放在 ThreadLocal 里,在每次循环开始时,会调用 notifyFirstSampleAfterLoopRestart 方法,重置开关,运行一次后,强制把开关置为 false。这保证了每次循环只有第一个采样器进入此逻辑,也就是每次循环只执行一次。

总结

本次解决了 JMeter5.0 版本以上压测 HTTPS 协议的性能问题,经验总结如下:

  1. 如果希望施压机发挥最大性能,可以将 https.sessioncontext.shared 设为 true,这样所有线程会共享同一个 SSL 上下文,不会频繁握手,但是不能模拟真实情况下多用户的场景。

  2. 如果希望模拟多个用户,不停循环执行某一个动作,也就是一个线程组每次循环模拟同一个用户的行为,可以将 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 设置为 false,这样也可以很大的提高单机压测 HTTPS 的性能。

  3. 如果希望每个线程组每次循环模拟不同用户,那需要设置 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration=true,此时压测会模拟多用户频繁 SSL 握手,施压机性能最低,从经验来看,单机上限 50 并发左右。这也是 JMeter5.0 版本之后的默认设置。

阿里云 JMeter 压测

阿里云 PTS 压测工具 [ 1] 支持原生 JMeter 脚本,并且在 HTTPS 的压测中已将 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 默认设置为 false,极大提高压测 HTTPS 时施压机性能,节省压测成本。如果模拟最真实的用户访问情况来压测,可以通过修改 JMeter 环境中的自定义 properties 配置 [ 2] ,将 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 设置为 true。

除此以外,阿里云 JMeter 压测有以下优势:

  • 零运维成本支持分布式压测,即压即用
  • 压测中查看秒级监控,实时观测系统性能水位
  • 支持 RPS 模式,直观衡量系统吞吐量
  • 全球地域发起百万级并发流量,模拟真实用户分布
  • 支持阿里云 VPC 压测,一键打通云上内网环境
  • 支持 JMeter 客户端插件,本地快速发起云端压测

更多交流,欢迎进钉钉群沟通,PTS 用户交流群号:11774967

同时,PTS 全新售卖方式来袭,基础版价格直降 50%!百万并发价格只需 6200!更有新用户 0.99 体验版、VPC 压测专属版,欢迎大家选购!

记一次 JMeter 压测 HTTPS 性能问题_第8张图片

参考链接:

[1] 阿里云 PTS 压测工具

https://pts.console.aliyun.com/#/jmeter/create

[2] 自定义 properties 配置

https://common-buy.aliyun.com/?commodityCode=pts#/open

点击此处,前往性能测试服务 PTS 官网查看更多详情!

你可能感兴趣的