讓開發人員如沐春風的壓力測試工具 - K6

前兩篇 JMeter 負載測試練習文章(1 2)分享後，FB 留言一面倒大推另一個壓測工具 - K6。身為沙場老兵，心中響起警鈴，提醒我耳朵別太硬；事出必有原因，讀者的話要聽，即便不用也看過再決定。

所以，K6 體驗文來惹~

與老牌工具 JMeter 相比，K6 比較年輕(2017 vs 2007)，架構與設計現代化許多，採用 Go + JavaScript，聽起來就比 Java 年輕有活力。K6 沒有如 JMeter 的華麗友善 GUI，測試細節全靠指令參數與程式碼決定，但這正中程式開發人員下懷，CLI、敲指令才是王道呀! 誰需要 GUI 那種麻瓜介面？ 我第二篇 JMeter 文章最後也走上 CLI 這條路，也算印證。

K6 核心以 Go 開發，不用擔心程式效能(依文件說明，K6 靠單一主機便可產生每秒 30 萬次請求)；測試程式則採用 ES6 / JavaScript 語言，讓前端/全端工程師備感親切，進階應用需要對 Module、webpack 有點概念，但單純測試一個 .js 就能搞定，不難上手。官方文件整理得頗詳細，建議花點時間約略讀過再上路，許多東西文件都有寫到，不要瞎查資料胡亂嘗試浪費時間。(此乃親身經驗，良心建議)

2023-04-11 補充：推薦工程良田小球場的投影片 - twMVC#44 讓我們用 k6 來進行壓測吧，整理得很精簡完整。

先釐清一點，雖然口語上我們很習慣說「壓力測試」或「壓測」，實際上這些相關測試可再細分成：
(參考：An Introduction to k6: An API Load-Testing Tool、K6 基本介紹、安裝及實作，輕鬆上手！)

1. Smoke Testing 煙霧測試 - 驗證系統在低硬體配備、正常負載下不會出錯
2. Load Testing 負載測試 - 取得在一般及尖峰負載下的系統效能數字(用戶數、Throughput)
3. Stress Testing 壓力測試 - 測試在高度負載或極端條件下系統的穩定性及可靠度，找出系統極限
4. Spike Testing 尖峰測試 - 故意製造瞬間流量驟升取得系統效能數字
5. Soak Testing 浸泡測試 - 測試系統在長期運作下的穩定性及可靠度

依此定義，前兩篇 JMeter 練習應屬負載測試而非壓力測試。不過，「壓力測試」是比較通俗常用的說法，所以我會繼續統稱壓力測試，有特定目標的測試再特別區分。

在 Windows 安裝很容易，我是用 Chocolatey choco install -y k6 兩分鐘搞定。寫幾行程式存成 script.js，再執行 k6 run script.js 便做能完簡單測試，得到平均回應時間(http_req_duration)及 Throughput (http_reqs)：

回到我的樂透投注服務案例，我需要先呼叫 API 清除 DB、讀取事先準備好的 JSON 當成 HTTP Request Body，似乎比教學範例複雜一個等級，又該怎麼做？(可惡，感覺像上幼稚園第一天就被叫上台考兩位數加法...)

總之，經過一番摸索，我總算做出來了。

import http from 'k6/http';
import { SharedArray } from 'k6/data';
import { sleep, check } from 'k6';

const host = 'http://10.8.0.4'
const jsons = {};
JSON.parse(open('./index.json')).forEach(function(path, i) {
  jsons[path] = open(`.\\tickets\\${path}.json`);
});

export let options = {
  scenarios: {
    registration: {
      executor: 'per-vu-iterations',
      vus: 100,
      iterations: 100,
      maxDuration: '300s',
    },
  }  
};

export function setup() {
  http.post(`${host}/DemoData/ClearLotteryEntries`);
}

const params = {
  headers: {
    'Content-Type': 'application/json'
  }
}

export default function () {
  // __VU - virtual user index, zero when setup/teardown functions
  // __ITER - interation number
  if (__ITER > 99 || __VU > 100) {
    return;
  }
  const key = (__VU - 1).toString().padStart(4, '0') + '\\' + __ITER.toString().padStart(4, '0');
  const payload = jsons[key];
  let res = http.post(`${host}/Registration/Register`, payload, params);
  check(res, {
    'status is 200': (r) => r.status === 200
  });
  //sleep(1);
}

簡單記錄重點：

1. 初始化動作寫在 setup 函式，若有收尾善後動作放在 teardown 函式。default 函式則是每次測試的動作，會反覆執行，HTTP 請求發送動作也會放在其中
2. open() 可讀取檔案，但必須放在全域範圍，不能在 setup 或 default 函式中能呼叫。我的案例雖有一萬個 JSON 檔案，但總體積不到 4MB，我的解法是將它們全部讀入記憶體存成 Dictionary 備用，用空間換取方便
3. 最早是把一萬筆 JSON 存成陣列，在 default 函式用 pop() 取出內容，但 K6 會有多 Virtual User(VU) 同時執行 default()，陣列物件做不到 Thread-Safe，導致多個 VU 抓到同一筆 JSON 資料重複。我的解法是用 __VU (Virtual User 編號) 跟 __ITER (執行第幾次) 這兩個系統變數組出唯一索引值(如：0001\0012)對映 JSON，確保唯一性
4. K6 支援指定每個 Virtual User 執行的次數，做法是在 options 設定 Scenario，指定 executor: 'per-vu-iterations'
5. 上傳 JSON 記得加 Content-Type: application/json Request Header

實測成功，得到跟 JMeter 相近的結果，平均回應時間 1.14s、Throughput 86.6 RPS：

本次學習使用 K6 的過程，就像學習引用一個新程式庫般自然，而測試程式採用 JavaScript，對有前端經驗的開發者格外親切，實作過程也很順利，全無接觸陌生軟體的生澀茫然，倒有如沐春風的感覺。

對程式開發人員來說，K6 比 JMeter 簡單直覺，誰需要華麗操作介面，與滑滑鼠相比，寫程式才是程序員心裡最柔軟的那一塊。(註：真的想用 K6 又非要 GUI 不可，可考慮 K6 Cloud 雲端服務)

對非程式背景使用者，設定與結果看得到摸得到的 JMeter 才是人類該用的工具。但對愛寫程式的人，用程式碼控制才是王道(連 3D 列印都是寫程式建模型的我，不意外地被 K6 圈粉)，有什麼客製需求加個函式便能輕易實現，能無限擴充的感覺超讚。

K6 的設計哲學及使用方式格外貼近開發者思維，完全可以理解 K6 為何被開發讀者們大推。而我，應該也會加入 K6 的行列。