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K6

在現代網頁與 API 系統開發中，效能測試是確保系統穩定性的關鍵環節。透過系統性的測試，我們能提前發現潛在瓶頸，確保系統在高併發情況下仍能穩定運作。

什麼是壓力測試？​

壓力測試（Stress Testing）是一種軟體測試方法，主要目的是評估系統在極端條件下的穩定性與可靠度。這些極端條件包括：

  • 高流量訪問
  • 高併發請求
  • 大量資料處理

透過壓力測試，我們可以：

  • 找出系統的最大承載能力
  • 識別潛在瓶頸點
  • 觀察系統在超出設計負載時的行為表現
  • 確保系統能優雅地處理錯誤情況

常見應用情境​

  • 電商網站：促銷活動期間的高流量衝擊
  • 金融系統：結算時段的高併發交易處理
  • API 服務：短時間內大量請求的處理能力

測試類型分類​

根據測試目的和強度，可細分為以下幾種類型：

  • Smoke Testing（煙霧測試）：驗證系統在低配備、正常負載下的基本運作
  • Load Testing（負載測試）：測量系統在一般及尖峰負載下的效能指標
  • Stress Testing（壓力測試）：測試系統在高負載或極端條件下的穩定性
  • Spike Testing（尖峰測試）：模擬瞬間流量驟升的系統反應
  • Soak Testing（浸泡測試）：測試系統長期運作下的穩定性

安裝與環境設置​

使用 Docker 執行 K6​

推薦使用 Docker 執行 K6，優點包括：

  • 避免複雜的依賴安裝
  • 確保跨平台的一致執行環境
  • 簡化部署流程

前置需求：

  • 已安裝 Docker
  • 準備測試腳本（JavaScript）

基礎測試腳本範例​

// test.js
import http from "k6/http";
import { check, sleep } from "k6";

export const options = {
  vus: 10, // 10 個虛擬使用者
  duration: "30s", // 測試持續 30 秒
};

export default function () {
  const res = http.get("https://test-api.k6.io");
  check(res, {
    "status is 200": (r) => r.status === 200,
  });
  sleep(1); // 每次請求間隔 1 秒
}

執行測試​

將上述腳本儲存為 test.js，透過以下指令執行：

docker run --rm -i -v ${PWD}:/scripts -w /scripts grafana/k6 run test.js

指令說明：

  • --rm：測試結束後自動移除容器
  • -i：允許 Docker 接受 stdin 輸入
  • -v ${PWD}:/scripts：將當前目錄掛載到容器內的 /scripts 路徑
  • -w /scripts: 指定資料夾為 scripts
  • grafana/k6：使用官方 K6 Docker 映像檔
  • run /scripts/test.js：執行掛載的測試腳本

測試腳本撰寫技巧與實例​

K6 使用 JavaScript 撰寫測試腳本，語法直觀且功能強大。以下提供常見情境的實作範例：

1. 基本 GET 請求測試​

export default function () {
  http.get("https://example.com");
}

2. API 回應內容驗證​

const res = http.get("https://example.com/api/user");
check(res, {
  "狀態碼為 200": (r) => r.status === 200,
  "回應時間 < 1 秒": (r) => r.timings.duration < 1000,
  "回傳內容包含 userId": (r) => r.body.includes("userId"),
});

3. 模擬使用者登入（POST 請求）​

const payload = JSON.stringify({
  username: "admin",
  password: "123456",
});

const params = {
  headers: { "Content-Type": "application/json" },
};

const res = http.post("https://example.com/api/login", payload, params);
check(res, {
  登入成功: (r) => r.status === 200,
});

4. 使用 setup() 函數共享資料​

export function setup() {
  // 在測試開始前執行，回傳的資料會傳遞給所有虛擬使用者
  return { token: "abc123" };
}

export default function (data) {
  const res = http.get("https://example.com/api/data", {
    headers: { Authorization: `Bearer ${data.token}` },
  });

  check(res, {
    取得資料成功: (r) => r.status === 200,
  });
}

5. 解析 HTML 內容​

import http from "k6/http";
import { parseHTML } from "k6/html";

export default function () {
  const loginPage = http.get("https://example.com/login");
  const doc = parseHTML(loginPage.body);
  const csrfToken = doc.find('input[name="_token"]').first().attr("value");

  // 使用解析出的 CSRF token 進行後續操作
  const payload = JSON.stringify({
    username: "admin",
    password: "123456",
    _token: csrfToken,
  });

  const params = {
    headers: { "Content-Type": "application/json" },
  };

  const res = http.post("https://example.com/login", payload, params);
  check(res, {
    登入成功: (r) => r.status === 200,
  });
}

測試配置選項（options）​

options 物件是定義 K6 測試行為的核心配置，包含虛擬使用者數量、測試時間、階段性壓力設定等。

常用配置屬性​

屬性名稱資料型別說明
vus整數同時執行的虛擬使用者數量（固定負載模式）
duration字串測試總持續時間（如 "30s"、"1m"、"2h"）
iterations整數總執行次數（設定後會覆蓋 duration 與 vus）
stages陣列多階段壓力測試配置
thresholds物件SLA 門檻條件設定（反應時間、錯誤率等）

階段性壓力測試範例​

export const options = {
  stages: [
    { duration: "30s", target: 10 }, // 30秒內緩慢增加至 10 個虛擬使用者
    { duration: "1m", target: 10 }, // 維持 10 個使用者 1 分鐘
    { duration: "30s", target: 0 }, // 30秒內減少至 0
  ],
};

設定 SLA 門檻範例​

export const options = {
  thresholds: {
    http_req_duration: ["p(95)<500"], // 95% 的請求須在 500ms 內完成
    http_req_failed: ["rate<0.01"], // 錯誤率須低於 1%
  },
};

測試報告解讀​

K6 測試完成後會產生詳細的效能指標報告，以下是主要指標的說明：

核心指標說明​

指標名稱說明
vus虛擬使用者數量（Virtual Users）
iterations總執行次數
http_req_durationHTTP 請求耗時統計（平均值、最大值、百分位數）
http_req_failedHTTP 請求失敗比例
checks驗證條件通過率
iteration_duration單次完整 iteration 的執行時間
vus_max測試期間的最大虛擬使用者數

範例報告解讀​

checks.....................: 100.00% ✓ 300  ✗ 0
http_req_duration..........: avg=180ms min=100ms max=350ms p(90)=300ms p(95)=320ms
http_req_failed............: 0.00%   ✓ 0    ✗ 300
iterations.................: 2609    22.56/s
vus.......................: 2       min=1  max=100
vus_max...................: 100     min=100 max=100

重點觀察項目：

  • 成功率：checks 和 http_req_failed 顯示請求成功率
  • 效能表現：http_req_duration 的各項統計值
  • SLA 達成：是否符合預設的效能需求

更多指標詳情可參考：K6 官方指標文檔

如何從 K6 報告推估系統承載能力​

雖然 K6 報告不會直接顯示「可承載 X 人同時在線」，但我們可以透過以下方法進行推估：

1. 分析虛擬使用者數量（vus）​

vus 代表同時在線的模擬使用者數。若設定 vus: 100 且測試順利通過，表示系統至少可承受 100 人同時在線。

2. 評估回應時間表現​

觀察 http_req_duration 的統計數據：

  • avg：平均回應時間
  • p(95)：95% 請求的回應時間
  • max：最大回應時間

效能判斷標準：

  • p(95) < 500ms：效能良好
  • p(95) < 1000ms：效能尚可
  • p(95) > 2000ms：可能存在效能瓶頸

3. 檢查錯誤率​

http_req_failed 為 0% 表示所有請求都成功處理，系統運作穩定。

4. 計算 QPS（每秒查詢數）​

QPS = iterations ÷ duration（秒）

根據 QPS 推算承載人數：

假設每位使用者每 2 秒發送 1 次請求
可承載人數 = QPS × 2

實際計算範例​

假設測試結果如下：

vus: 100
duration: 60s
iterations: 10000
http_req_failed: 0.00%
http_req_duration (p95): 350ms

計算過程：

  • QPS = 10000 ÷ 60 ≈ 167
  • 可承載人數 ≈ 167 × 2 = 約 334 人

結論：系統可以在 1 分鐘內穩定承載約 334 人同時操作，每人每 2 秒發送 1 次請求，且回應時間良好。

最佳實踐建議​

測試策略規劃​

  1. 由小到大：從小規模測試開始，逐步增加負載
  2. 多場景測試：涵蓋不同的使用者行為模式
  3. 定期執行：將效能測試整合至 CI/CD 流程

腳本撰寫技巧​

  1. 適當的等待時間：使用 sleep() 模擬真實使用者行為
  2. 詳細的驗證條件：透過 check() 確保回應正確性
  3. 資料驅動測試：使用外部檔案提供測試資料

結果分析重點​

  1. 關注趨勢變化：比較不同版本的效能表現
  2. 識別瓶頸點：分析回應時間分布找出問題
  3. 設定合理 SLA：根據業務需求制定效能標準

結語​

K6 是一套現代化、開發者友善的效能測試工具。它具備以下優勢：

  • 簡單易用：搭配 Docker 可快速上手
  • 功能強大：支援複雜的測試邏輯與驗證
  • 程式化測試：使用熟悉的 JavaScript 語法
  • 豐富報告：提供詳細的效能指標分析
  • CI/CD 整合：容易整合至開發流程

無論是進行 API 單點測試，還是模擬複雜的高併發場景，K6 都能提供準確的數據指標，協助開發團隊做出更好的系統優化決策。

透過系統性的效能測試，我們不僅能確保產品品質，更能在系統上線前就發現並解決潛在問題，為使用者提供更穩定、更快速的服務體驗。

參考資料​