Dubbo压测插件的实现——基于Gatling

Dubbo 压测插件已开源，本文涉及代码详见gatling-dubbo

Gatling 是一个开源的基于 Scala、Akka、Netty 实现的高性能压测框架，较之其他基于线程实现的压测框架，Gatling 基于 AKKA Actor 模型实现，请求由事件驱动，在系统资源消耗上低于其他压测框架（如内存、连接池等），使得单台施压机可以模拟更多的用户。此外，Gatling 提供了一套简单高效的 DSL（领域特定语言）方便我们编排业务场景，同时也具备流量控制、压力控制的能力并提供了良好的压测报告，所以有赞选择在 Gatling 基础上扩展分布式能力，开发了自己的全链路压测引擎 MAXIM。全链路压测中我们主要模拟用户实际使用场景，使用 HTTP 接口作为压测入口，但有赞目前后端服务中 Dubbo 应用比重越来越高，如果可以知道 Dubbo 应用单机水位将对我们把控系统后端服务能力大有裨益。基于 Gatling 的优势和在有赞的使用基础，我们扩展 Gatling 开发了 gatling-dubbo 压测插件。

插件主要结构

实现 Dubbo 压测插件，需实现以下四部分内容：

• Protocol 和 ProtocolBuild

协议部分，这里主要定义 Dubbo 客户端相关内容，如协议、泛化调用、服务 URL、注册中心等内容，ProtocolBuild 则为 DSL 使用 Protocol 的辅助类

• Action 和 ActionBuild

执行部分，这里的作用是发起 Dubbo 请求，校验请求结果并记录日志以便后续生成压测报告。ActionBuild 则为 DSL 使用 Action 的辅助类

• Check 和 CheckBuild

检查部分，全链路压测中我们都使用Json Path检查请求结果，这里我们实现了一样的检查逻辑。CheckBuild 则为 DSL 使用 Check 的辅助类

• DSL

Dubbo 插件的领域特定语言，我们提供了一套简单易用的 API 方便编写 Duboo 压测脚本，风格上与原生 HTTP DSL 保持一致

Protocol

协议部分由 5 个属性组成，这些属性将在 Action 初始化 Dubbo 客户端时使用，分别是：

• protocol

协议，设置为dubbo

• generic

泛化调用设置，Dubbo 压测插件使用泛化调用发起请求，所以这里设置为true，有赞优化了泛化调用的性能，为了使用该特性，引入了一个新值result_no_change（去掉优化前泛化调用的序列化开销以提升性能）

• url

Dubbo 服务的地址：dubbo://IP地址:端口

• registryProtocol

Dubbo 注册中心的协议，设置为ETCD3

• registryAddress

Dubbo 注册中心的地址

如果是测试 Dubbo 单机水位，则设置 url，注册中心设置为空；如果是测试 Dubbo 集群水位，则设置注册中心（目前支持 ETCD3），url 设置为空。由于目前注册中心只支持 ETCD3，插件在 Dubbo 集群上使用缺乏灵活性，所以我们又实现了客户端层面的负载均衡，如此便可抛开特定的注册中心来测试 Dubbo 集群水位。该特性目前正在内测中。

object DubboProtocol {
  val DubboProtocolKey = new ProtocolKey {
    type Protocol = DubboProtocol
    type Components = DubboComponents

    def protocolClass: Class[io.gatling.core.protocol.Protocol] = classOf[DubboProtocol].asInstanceOf[Class[io.gatling.core.protocol.Protocol]]

    def defaultProtocolValue(configuration: GatlingConfiguration): DubboProtocol = throw new IllegalStateException("Can't provide a default value for DubboProtocol")

    def newComponents(system: ActorSystem, coreComponents: CoreComponents): DubboProtocol => DubboComponents = {
      dubboProtocol => DubboComponents(dubboProtocol)
    }
  }
}

case class DubboProtocol(
    protocol: String, //dubbo
    generic:  String, //泛化调用?
    url:      String, //use url or
    registryProtocol: String,  //use registry
    registryAddress:  String   //use registry
) extends Protocol {
  type Components = DubboComponents
}

为了方便 Action 中使用上面这些属性，我们将其装进了 Gatling 的 ProtocolComponents：

case class DubboComponents(dubboProtocol: DubboProtocol) extends ProtocolComponents {
  def onStart: Option[Session => Session] = None
  def onExit: Option[Session => Unit] = None
}

以上就是关于 Protocol 的定义。为了能在 DSL 中配置上述 Protocol，我们定义了 DubboProtocolBuilder，包含了 5 个方法分别设置 Protocol 的 protocol、generic、url、registryProtocol、registryAddress 5 个属性。

object DubboProtocolBuilderBase {
  def protocol(protocol: String) = DubboProtocolBuilderGenericStep(protocol)
}

case class DubboProtocolBuilderGenericStep(protocol: String) {
  def generic(generic: String) = DubboProtocolBuilderUrlStep(protocol, generic)
}

case class DubboProtocolBuilderUrlStep(protocol: String, generic: String) {
  def url(url: String) = DubboProtocolBuilderRegistryProtocolStep(protocol, generic, url)
}

case class DubboProtocolBuilderRegistryProtocolStep(protocol: String, generic: String, url: String) {
  def registryProtocol(registryProtocol: String) = DubboProtocolBuilderRegistryAddressStep(protocol, generic, url, registryProtocol)
}

case class DubboProtocolBuilderRegistryAddressStep(protocol: String, generic: String, url: String, registryProtocol: String) {
  def registryAddress(registryAddress: String) = DubboProtocolBuilder(protocol, generic, url, registryProtocol, registryAddress)
}

case class DubboProtocolBuilder(protocol: String, generic: String, url: String, registryProtocol: String, registryAddress: String) {
  def build = DubboProtocol(
    protocol = protocol,
    generic = generic,
    url = url,
    registryProtocol = registryProtocol,
    registryAddress = registryAddress
  )
}

Action

DubboAction 包含了 Duboo 请求逻辑、请求结果校验逻辑以及压力控制逻辑，需要扩展 ExitableAction 并实现 execute 方法。

DubboAction 类的域 argTypes、argValues 分别是泛化调用请求参数类型和请求参数值，需为 Expression[] 类型，这样当使用数据 Feeder 作为压测脚本参数输入时，可以使用类似 ${args_types}、${args_values}这样的表达式从数据 Feeder 中解析对应字段的值。

execute 方法必须以异步方式执行 Dubbo 请求，这样前一个 Dubbo 请求执行后但还未等响应返回时虚拟用户就可以通过 AKKA Message 立即发起下一个请求，如此一个虚拟用户可以在很短的时间内构造大量请求。请求方式方面，相比于泛化调用，原生 API 调用需要客户端载入 Dubbo 服务相应的 API 包，但有时候却拿不到，此外，当被测 Dubbo 应用多了，客户端需要载入多个 API 包，所以出于使用上的便利性，Dubbo 压测插件使用泛化调用发起请求。

异步请求响应后会执行 onComplete 方法，校验请求结果，并根据校验结果记录请求成功或失败日志，压测报告就是使用这些日志统计计算的。

为了控制压测时的 RPS，则需要实现 throttle 逻辑。实践中发现，高并发情况下，泛化调用性能远不如原生 API 调用性能，且响应时间成倍增长（如此不能表征 Dubbo 应用的真正性能），导致 Dubbo 压测插件压力控制不准，解决办法是优化泛化调用性能，使之与原生 API 调用的性能相近，请参考dubbo 泛化调用性能优化。

class DubboAction(
    interface:        String,
    method:           String,
    argTypes:         Expression[Array[String]],
    argValues:        Expression[Array[Object]],
    genericService:   GenericService,
    checks:           List[DubboCheck],
    coreComponents:   CoreComponents,
    throttled:        Boolean,
    val objectMapper: ObjectMapper,
    val next:         Action
) extends ExitableAction with NameGen {

  override def statsEngine: StatsEngine = coreComponents.statsEngine

  override def name: String = genName("dubboRequest")

  override def execute(session: Session): Unit = recover(session) {
    argTypes(session) flatMap { argTypesArray =>
      argValues(session) map { argValuesArray =>
        val startTime = System.currentTimeMillis()
        val f = Future {
          try {
            genericService.$invoke(method, argTypes(session).get, argValues(session).get)
          } finally {
          }
        }

        f.onComplete {
          case Success(result) =>
            val endTime = System.currentTimeMillis()
            val resultMap = result.asInstanceOf[JMap[String, Any]]
            val resultJson = objectMapper.writeValueAsString(resultMap)
            val (newSession, error) = Check.check(resultJson, session, checks)
            error match {
              case None =>
                statsEngine.logResponse(session, interface + "." + method, ResponseTimings(startTime, endTime), Status("OK"), None, None)
                throttle(newSession(session))
              case Some(Failure(errorMessage)) =>
                statsEngine.logResponse(session, interface + "." + method, ResponseTimings(startTime, endTime), Status("KO"), None, Some(errorMessage))
                throttle(newSession(session).markAsFailed)
            }
          case FuFailure(e) =>
            val endTime = System.currentTimeMillis()
            statsEngine.logResponse(session, interface + "." + method, ResponseTimings(startTime, endTime), Status("KO"), None, Some(e.getMessage))
            throttle(session.markAsFailed)
        }
      }
    }
  }

  private def throttle(s: Session): Unit = {
    if (throttled) {
      coreComponents.throttler.throttle(s.scenario, () => next ! s)
    } else {
      next ! s
    }
  }
}

DubboActionBuilder 则是获取 Protocol 属性并初始化 Dubbo 客户端：

case class DubboActionBuilder(interface: String, method: String, argTypes: Expression[Array[String]], argValues: Expression[Array[Object]], checks: List[DubboCheck]) extends ActionBuilder {
  private def components(protocolComponentsRegistry: ProtocolComponentsRegistry): DubboComponents =
    protocolComponentsRegistry.components(DubboProtocol.DubboProtocolKey)

  override def build(ctx: ScenarioContext, next: Action): Action = {
    import ctx._
    val protocol = components(protocolComponentsRegistry).dubboProtocol
    //Dubbo客户端配置
    val reference = new ReferenceConfig[GenericService]
    val application = new ApplicationConfig
    application.setName("gatling-dubbo")
    reference.setApplication(application)
    reference.setProtocol(protocol.protocol)
    reference.setGeneric(protocol.generic)
    if (protocol.url == "") {
      val registry = new RegistryConfig
      registry.setProtocol(protocol.registryProtocol)
      registry.setAddress(protocol.registryAddress)
      reference.setRegistry(registry)
    } else {
      reference.setUrl(protocol.url)
    }
    reference.setInterface(interface)
    val cache = ReferenceConfigCache.getCache
    val genericService = cache.get(reference)
    val objectMapper: ObjectMapper = new ObjectMapper()
    new DubboAction(interface, method, argTypes, argValues, genericService, checks, coreComponents, throttled, objectMapper, next)
  }
}

LambdaProcessBuilder 则提供了设置 Dubbo 泛化调用入参的 DSL 以及接下来要介绍的 Check 部分的 DSL

case class DubboProcessBuilder(interface: String, method: String, argTypes: Expression[Array[String]] = _ => Success(Array.empty[String]), argValues: Expression[Array[Object]] = _ => Success(Array.empty[Object]), checks: List[DubboCheck] = Nil) extends DubboCheckSupport {

  def argTypes(argTypes: Expression[Array[String]]): DubboProcessBuilder = copy(argTypes = argTypes)

  def argValues(argValues: Expression[Array[Object]]): DubboProcessBuilder = copy(argValues = argValues)

  def check(dubboChecks: DubboCheck*): DubboProcessBuilder = copy(checks = checks ::: dubboChecks.toList)

  def build(): ActionBuilder = DubboActionBuilder(interface, method, argTypes, argValues, checks)
}

Check

全链路压测中，我们都使用Json Path校验 HTTP 请求结果，Dubbo 压测插件中，我们也实现了基于Json Path的校验。实现 Check，必须实现 Gatling check 中的 Extender 和 Preparer：

package object dubbo {
  type DubboCheck = Check[String]

  val DubboStringExtender: Extender[DubboCheck, String] =
    (check: DubboCheck) => check

  val DubboStringPreparer: Preparer[String, String] =
    (result: String) => Success(result)
}

基于Json Path的校验逻辑：

trait DubboJsonPathOfType {
  self: DubboJsonPathCheckBuilder[String] =>

  def ofType[X: JsonFilter](implicit extractorFactory: JsonPathExtractorFactory) = new DubboJsonPathCheckBuilder[X](path, jsonParsers)
}

object DubboJsonPathCheckBuilder {
  val CharsParsingThreshold = 200 * 1000

  def preparer(jsonParsers: JsonParsers): Preparer[String, Any] =
    response => {
      if (response.length() > CharsParsingThreshold || jsonParsers.preferJackson)
        jsonParsers.safeParseJackson(response)
      else
        jsonParsers.safeParseBoon(response)
    }

  def jsonPath(path: Expression[String])(implicit extractorFactory: JsonPathExtractorFactory, jsonParsers: JsonParsers) =
    new DubboJsonPathCheckBuilder[String](path, jsonParsers) with DubboJsonPathOfType
}

class DubboJsonPathCheckBuilder[X: JsonFilter](
    private[check] val path:        Expression[String],
    private[check] val jsonParsers: JsonParsers
)(implicit extractorFactory: JsonPathExtractorFactory)
  extends DefaultMultipleFindCheckBuilder[DubboCheck, String, Any, X](
    DubboStringExtender,
    DubboJsonPathCheckBuilder.preparer(jsonParsers)
  ) {
  import extractorFactory._

  def findExtractor(occurrence: Int) = path.map(newSingleExtractor[X](_, occurrence))
  def findAllExtractor = path.map(newMultipleExtractor[X])
  def countExtractor = path.map(newCountExtractor)
}

DubboCheckSupport 则提供了设置 jsonPath 表达式的 DSL

trait DubboCheckSupport {
  def jsonPath(path: Expression[String])(implicit extractorFactory: JsonPathExtractorFactory, jsonParsers: JsonParsers) =
    DubboJsonPathCheckBuilder.jsonPath(path)
}

• Dubbo 压测脚本中可以设置一个或多个 check 校验请求结果，使用 DSL check 方法*

DSL

trait AwsDsl提供顶层 DSL。我们还定义了 dubboProtocolBuilder2DubboProtocol、dubboProcessBuilder2ActionBuilder 两个 Scala 隐式方法，以自动构造 DubboProtocol 和 ActionBuilder。
此外，泛化调用中使用的参数类型为 Java 类型，而我们的压测脚本使用 Scala 编写，所以这里需要做两种语言间的类型转换，所以我们定义了 transformJsonDubboData 方法

trait DubboDsl extends DubboCheckSupport {
  val Dubbo = DubboProtocolBuilderBase

  def dubbo(interface: String, method: String) = DubboProcessBuilder(interface, method)

  implicit def dubboProtocolBuilder2DubboProtocol(builder: DubboProtocolBuilder): DubboProtocol = builder.build

  implicit def dubboProcessBuilder2ActionBuilder(builder: DubboProcessBuilder): ActionBuilder = builder.build()
  
  def transformJsonDubboData(argTypeName: String, argValueName: String, session: Session): Session = {
    session.set(argTypeName, toArray(session(argTypeName).as[JList[String]]))
      .set(argValueName, toArray(session(argValueName).as[JList[Any]]))
  }

  private def toArray[T:ClassTag](value: JList[T]): Array[T] = {
    value.asScala.toArray
  }
}

object Predef extends DubboDsl

Dubbo 压测脚本和数据 Feeder 示例

压测脚本示例：

import io.gatling.core.Predef._
import io.gatling.dubbo.Predef._

import scala.concurrent.duration._

class DubboTest extends Simulation {
  val dubboConfig = Dubbo
    .protocol("dubbo")
    .generic("true")
    //直连某台Dubbo机器，只单独压测一台机器的水位
    .url("dubbo://IP地址:端口")
    //或设置注册中心，压测该Dubbo应用集群的水位，支持ETCD3注册中心
    .registryProtocol("")
    .registryAddress("")

  val jsonFileFeeder = jsonFile("data.json").circular  //数据Feeder
  val dubboScenario = scenario("load test dubbo")
    .forever("repeated") {
      feed(jsonFileFeeder)
        .exec(session => transformJsonDubboData("args_types1", "args_values1", session))
        .exec(dubbo("com.xxx.xxxService", "methodName")
          .argTypes("${args_types1}")
          .argValues("${args_values1}")
          .check(jsonPath("$.code").is("200"))
        )
    }

  setUp(
    dubboScenario.inject(atOnceUsers(10))
      .throttle(
        reachRps(10) in (1 seconds),
        holdFor(30 seconds))
  ).protocols(dubboConfig)
}

data.json 示例：

[
  {
  "args_types1": ["com.xxx.xxxDTO"],
  "args_values1": [{
    "field1": "111",
    "field2": "222",
    "field3": "333"
  }]
  }
]

Dubbo 压测报告示例

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