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_duration`	HTTP 請求耗時統計（平均值、最大值、百分位數）
`http_req_failed`	HTTP 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

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

腳本撰寫技巧

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

結果分析重點

關注趨勢變化：比較不同版本的效能表現
識別瓶頸點：分析回應時間分布找出問題
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。

什麼是壓力測試？​

常見應用情境​

測試類型分類​

安裝與環境設置​

使用 Docker 執行 K6​

基礎測試腳本範例​

執行測試​

測試腳本撰寫技巧與實例​

1. 基本 GET 請求測試​

2. API 回應內容驗證​

3. 模擬使用者登入（POST 請求）​

4. 使用 setup() 函數共享資料​

5. 解析 HTML 內容​

測試配置選項（options）​

常用配置屬性​

階段性壓力測試範例​

設定 SLA 門檻範例​

測試報告解讀​

核心指標說明​

範例報告解讀​

如何從 K6 報告推估系統承載能力​

1. 分析虛擬使用者數量（vus）​

2. 評估回應時間表現​

3. 檢查錯誤率​

4. 計算 QPS（每秒查詢數）​

實際計算範例​

最佳實踐建議​

測試策略規劃​

腳本撰寫技巧​

結果分析重點​

結語​

參考資料​