問題背景
在使用 JMeter 壓測時，發現同一后端服務，在單機 500 并發下，HTTP 和 HTTPS 協議壓測 RT 差距非常大。同時觀測后端服務各監控指標水位都很低，因此懷疑性能瓶頸在 JMeter 施壓客戶端。
問題分析
切入點：垃圾回收
首先在施壓機觀察到 CPU 使用率和內存使用率都很高，詳細看下各線程 CPU、內存使用情況：
發現進程的 CPU 使用率將近打滿，其中 GC 線程 CPU 使用率很高
再看下 gc 的頻率和耗時，發現每秒都有 YoungGC，且累計耗時比較長，因此先從頻繁 GC 入手，定位問題。
java/bin/jstat -gcutil {pid} 1000
在壓測過程中，對 JMeter 的運行進程做了 HeapDump 后，分析下堆內存：
可以看到 cacheMap 對象占用了 93.3%的內存，而它又被 SSLSessionContextImpl 類引用，分析下源碼，可以看出，每個 SSLSessionContextImpl 對象構造時，都會初始化 sessionHostPortCache 和 sessionCache 兩個軟引用 Cache。因為是軟引用，所以在內存不足時 JVM 才會回收此類對象。
// 默認緩存大小
private final static int DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE = 20480;
// package private
SSLSessionContextImpl() {
cacheLimit = getDefaultCacheLimit(); // default cache size，這里默認是20480
timeout = 86400; // default, 24 hours
// use soft reference
// 這里初始化了2個默認大小20480的緩存，是頻繁GC的原因
sessionCache = Cache.newSoftMemoryCache(cacheLimit, timeout);
sessionHostPortCache = Cache.newSoftMemoryCache(cacheLimit, timeout);
}
// 獲取默認緩存大小
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;
}
通過上述代碼，發現 sessionCache 和 sessionHostPortCache 緩存默認大小是 DEFAULT_MAX_CACHE_SIZE，也就是 20480。對于我們壓測的場景來說，如果每次請求重新建立連接，那么就根本不需要這塊緩存。再看下代碼邏輯，發現其實可以通過
javax.net.ssl.sessionCacheSize 來設置緩存的大小，在 JMeter 啟動時，添加 JVM 參數-Djavax.net.ssl.sessionCacheSize=1，將緩存大小設置為 1，重新壓測驗證，觀察 GC。
可以看出，YGC 明顯變少了，從 1 秒 1 次，變成了 5-6 秒 1 次。那么觀察下壓測的 RT，結果。。。竟然還是 1800ms，本來 100ms 的服務被壓成 1800ms，看來問題不在于 SSLSession 的緩存。再回到 GC 的耗時分析部分，仔細看下，其實 Full GC 只有 1 次，阻塞性的耗時并不多，Young GC 雖然頻繁，但阻塞時間很短，也不至于將 SSL 加解密的 CPU 計算時間片全部搶占。看起來壓力就是單純的 SSL 握手次數多，造成了性能瓶頸。
調整思路：為什么頻繁 SSL 握手
回到問題背景，我們是在做壓力測試，單機會跑很高的并發模擬用戶量，出于性能考慮，完全可以一次握手后共享 SSL 連接，后續不再握手，為什么 JMeter 會如此頻繁握手呢？
帶著這個問題，看了下 JMeter 官方文檔，果然有驚喜！
原來 JMeter 有 2 個開關在控制是否重置 SSL 上下文的選項，首先是
https.sessioncontext.shared 控制是否全局共享同一個 SSLContext，如果設為 true，則各線程共享同一個 SSL 上下文，這樣對施壓機性能壓力最低，但不能模擬真實多用戶 SSL 握手的情況。
第二個開關
httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 是線程組每次循環是否重置 SSL 上下文，5.0 之后默認為true，也就是說每次循環都會重置 SSL 上下文，看來這就是導致 SSL 頻繁握手的原因。
問題驗證
回歸測試
在 jmeter.properties 中將配置每個線程循環時，不重置 SSL 上下文，在 PTS 控制臺再次啟動壓測，RT 直接下降 10 倍。
httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration=false
修改前
修改后
源碼驗證
下面從源碼層面分析下 JMeter 是怎么實現循環重置 SSL 上下文的，代碼如下：
/**
* Whether SSL State/Context should be reset
* Shared state for any HC based implementation, because SSL contexts are the same
*/
protected static final ThreadLocal<Boolean> resetStateOnThreadGroupIteration =
ThreadLocal.withInitial(() -> Boolean.FALSE);
/**
* Reset SSL State. <br/>
* In order to do that we need to:
* <ul>
* <li>Call resetContext() on SSLManager</li>
* <li>Close current Idle or Expired connections that hold SSL State</li>
* <li>Remove HttpClientContext.USER_TOKEN from {@link HttpClientContext}</li>
* </ul>
* @param jMeterVariables {@link JMeterVariables}
* @param clientContext {@link HttpClientContext}
* @param mapHttpClientPerHttpClientKey Map of {@link Pair} holding {@link CloseableHttpClient} and {@link
private void resetStateIfNeeded(JMeterVariables jMeterVariables,
HttpClientContext clientContext,
Map<HttpClientKey, Pair<CloseableHttpClient, PoolingHttpClientConnectionManager>> mapHttpClientPerHttpClientKey){
if (resetStateOnThreadGroupIteration.get()) {
// 關閉當前線程對應連接池的超時、空閑連接，重置連接池狀態
closeCurrentConnections(mapHttpClientPerHttpClientKey);
// 移除Token
clientContext.removeAttribute(HttpClientContext.USER_TOKEN);
// 重置SSL上下文
((JsseSSLManager) SSLManager.getInstance()).resetContext();
// 標記置為false，保證一次循環中，只有第一個采樣器走進此邏輯
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 采樣器執行時，都會調用 resetStateIfNeeded 方法，在進入方法時讀取httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 配置，即 resetStateOnThreadGroupIteration。如果是 true，重置當前線程的連接池狀態、重置 SSL 上下文，然后再將 resetStateOnThreadGroupIteration 置為 false。
因為 JMeter 的并發是基于線程實現的，resetStateOnThreadGroupIteration 這個開關放在 ThreadLocal 里，在每次循環開始時，會調用 notifyFirstSampleAfterLoopRestart 方法，重置開關，運行一次后，強制把開關置為 false。這保證了每次循環只有第一個采樣器進入此邏輯，也就是每次循環只執行一次。
總結
本次解決了 JMeter5.0 版本以上壓測 HTTPS 協議的性能問題，經驗總結如下：
- 如果希望施壓機發揮最大性能，可以將 https.sessioncontext.shared 設為 true，這樣所有線程會共享同一個 SSL 上下文，不會頻繁握手，但是不能模擬真實情況下多用戶的場景。
- 如果希望模擬多個用戶，不停循環執行某一個動作，也就是一個線程組每次循環模擬同一個用戶的行為，可以將 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration 設置為 false，這樣也可以很大的提高單機壓測 HTTPS 的性能。
- 如果希望每個線程組每次循環模擬不同用戶，那需要設置 httpclient.reset_state_on_thread_group_iteration=true，此時壓測會模擬多用戶頻繁 SSL 握手，施壓機性能最低，從經驗來看，單機上限 50 并發左右。這也是 JMeter5.0 版本之后的默認設置。
