测试环境问题排查的那些事儿
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2020-09-19 12:20
作者|刘宝成
笔者在转转主要负责环境治理相关的工作，本篇主要和大家分享，测试环境问题排查的一些经验。
相对于线上环境，测试环境的问题往往更为复杂，主要有以下几个方面的原因：
环境组成的复杂性。转转的测试环境，是由一套基础的稳定环境，和若干套动态环境组成的。动态环境部署需求涉及变更的服务，而稳定环境提供给所有动态环境共同调用。如下：
在多个项目并行的情况下，同一个服务，会在测试环境同时部署多个不同的版本；稳定环境的同一个服务，会根据上游环境的不同，调用不同的下游服务节点。
由上可见，测试环境链路拓扑的复杂性，远远高于线上环境。
服务器性能差。转转的测试环境组成，是基于运维同学自研KVM的虚拟化系统。测试环境服务器本身相对于线上服务器性能更差，再加上长时间高负荷运转，出现故障的概率也更大。
服务稳定性差。部署在测试环境的服务，大多仍处在开发、联调、测试的流程中，服务可能会存在更多的Bug，稳定性较差。
笔者将常见的问题原因，分为了以下几类：
机器问题：比如测试环境虚拟机的负载过高、内存不足、磁盘空间不足、宿主机IO过高等等，经常会造成服务启动失败、响应超时等。在大的项目，部署服务较多时，这类问题经常出现。像Linux内核的OOM Killer机制，就经常造成服务的意外终止，不了解的话往往会令人非常困惑。
外部依赖问题：
比如数据库连接是否正常、是否有对应数据库的权限、连接池大小设置是否合理等。
比如外部服务异常，包括调用的业务方服务、缓存、公共服务等。微服务架构下，服务调用关系错综复杂，一个关键服务的异常，往往会引发一串连锁反应。
再比如node版本不正确。前端服务，不同的node版本间，差异还是比较大的，需要提前确认清楚。
服务自身问题：测试环境部署的代码，很可能是未经测试，甚至是没有经过调试和自测的。因此，服务本身出现问题的概率也非常大。常见的比如代码逻辑问题、配置不正确、pom文件依赖冲突等等。
细心的读者可能已经发现，上述的很多问题，其实是会反复出现的。对于这类问题，我们首先想到的，应该是：这个问题为什么会重复出现？有没有什么办法能够彻底解决？比如是不是系统有Bug？是不是流程不合理？是不是缺乏规范？如果能够彻底解决，就应该采取相应的措施，彻底解决问题，避免再次出现，而不是等问题出现了再去查找之前的文档。
比如前面提到的机器问题，我们可以对机器的资源进行监控、对部署的服务进行限制等，避免出现负载、使用率过高的问题；
比如依赖问题，我们可以通过对服务可用性的监控，及时发现并处理，避免在调用时才发现问题，影响项目进度；
而一些配置、规范类的问题，则可以制定并推动规范的落地，在编译或者部署阶段，增加相应的校验，将问题尽早暴露出来。问题发现的越早，解决的成本越低；
解决了这些重复性的问题，剩下的就是一些个性化的问题了，只能挨个排查。接下来就说说问题排查的一些思路和方法。
1、分析思路
历史问题回归
古人云：“鉴以往而知未来”，遇到的很多问题，往往能从之前的经验中找到灵感。针对这类问题，如果能够有效检索历史问题，能够极大缩短问题排查的时间，提高解决效率。这就要求我们在日常的工作中，对于遇到的问题进行详尽的记录，便于日后查找。甚至可以基于这些常见问题，形成一套排查流程，类似下面这样：
变量对比
类似测试方法论中的“单一变量法”，遇到了问题，做一下变量的对比分析。
比如发生了“Class Not Found Exception”，可以看看最近有没有改动过pom，是否遗漏了jar包或者引发了jar包冲突；
比如某个分支的服务一直异常，那么可以同步下线上版本，确认下是否是该服务分支的问题，再做进一步分析；
比如某个方法或接口响应很慢，那么同一服务的其他接口也慢吗？是服务的问题还是接口逻辑的问题？等等
日志分析
在问题排查过程中，日志的价值是极其巨大的。应该养成好的习惯，出现问题，第一反应应该就是查看日志。这里的日志，不仅仅包括服务本身的日志输出，还包括环境管理平台的日志、JVM日志、GC日志等。以下日志分析中的一些小建议：
异常日志，要学会定位到异常发生的起点，确定根本原因；
不要放过任何一行日志，有些关键信息往往隐藏在不起眼的地方；
关注JVM日志，尤其是服务启动失败的情况，常常有意外的惊喜；
学会手动添加GC日志配置，对于分析GC相关问题非常有帮助；
远程Debug
对于个别问题，本地环境难以复现，又没有明显的线索，远程debug是排查的一个简单有效的手段。熟练运用IDE进行远程debug配置，是一个必备手段，这里就不赘述了。
2、排查工具
工欲善其事，必先利其器。借助于合适的工具，不仅能够极大的提升排查问题的效率，还能防患于未然，及时发现环境中的问题，避免一些异常的产生。在转转测试环境管理中，主要用的的工具和平台有以下几种：
环境管理平台Agent。在之前分享的文章《转转测试环境平台解决方案》中提到过，转转的测试环境管理平台，是一个典型的master-slave分布式结构，每个测试环境上都部署有平台的agent。Agent除了负责环境管理、服务部署等功能，还提供对环境的监控和报警功能，包括环境的内存使用、CPU负载、磁盘使用、服务状态等。前文提到的机器问题，大多可以通过监控及时发现并处理；
服务管理平台。架构部提供的服务治理平台，能够对微服务的服务方进行全方位的监控，包括服务状态、节点信息、函数的流量、耗时统计等等；
zzmonitor——立体化监控平台。提供对服务的个性化监控，包括服务端口的探活、JVM监控（GC/Thread/Mem）等。通过服务管理平台和zzmonitor强大的监控和报警能力，能够对服务的状态、性能等异常情况，实时发送报警，便于及时发现服务自身问题，也能避免前文提到的相关依赖服务的异常；
天网、zzapm。这两个平台可以提供强大的服务拓扑和链路追踪的功能，对于定位调用异常、接口性能等问题，有非常大的帮助；
通用工具。常见的JDK工具，比如jps、jstat、jmap、jstack等；Arthas 是Alibaba开源的Java诊断工具，功能非常强大；
案例一 问题：测试环境一个查询商品列表的接口，响应非常慢，经常超时。
排查过程：
Step 1：查看服务管理平台。服务状态正常，接口耗时统计中，部分接口耗时正常，个别接口超时严重，如下：
注：图片仅供参考，图中数据不一定与案例的数据对应，下同
Step 2：查看该服务的日志，有如下报错，初步定位为服务数据库连接池不足；
Step 3：通过zzapm，对超时的调用链路进行追踪，发现在“getConnection()”环节耗时非常严重；
Step 4：确认服务的数据库配置，设置的连接池大小为5~10，而该服务是一个基础服务，调用量非常大，因此连接池长时间被占满，导致大量调用在等待连接池释放，而造成超时；
Step 5：修改服务的连接池配置，重启后恢复正常；
总结：这个案例充分展示了合理使用工具的重要性。通过服务管理平台，能够快速确认服务是正常的，问题在于部分接口；通过zzapm强大的调用链追踪能力，能准确定位到耗时的节点，确定问题原因。
案例二 问题：某RPC服务，部署后启动失败。
排查过程：
Step 1：查看服务进程，发现进程不存在；查看服务日志，发现没有生成日志；
Step 2：查看Java虚拟机日志，发现在日志中间有一条异常输出，表明服务的端口被占用了；
Step 3：查看服务端口配置，再通过ps、netstat等命令，确认该服务的监听端口被另一个服务的连接端口占用；
Step 4：重启占用方服务，待端口释放后，再重启问题服务，恢复正常；
总结：端口冲突的问题，曾经在测试环境频繁出现，给我们制造了很多麻烦。通过在排查过程中不断分析和总结，我们确定了问题的根本原因在于端口使用的不规范。进而制定并推广了服务端口的分配规范，只允许使用指定范围内的监听端口，并在测试环境中对这些端口进行了预留，从而彻底解决了这一问题。
整体来说，测试环境的问题繁琐而复杂，排查起来是一个劳心劳力的过程。这就需要我们在排查过程中多思考、多总结，形成一套完善的方法和流程，合理地使用各种工具，进而提高排查问题的效率。
在这个过程中，我们始终不应忘记自己的最终目的。一方面，作为测试人员，不能放过测试过程中的一丝异常，每一个问题都要排查出产生的根本原因。在线下它只是个bug，一旦漏到了线上，就可能造成一次事故。另一方面，作为测试环境的管理者，我们要经常去思考，能否通过功能的改进、流程的完善，避免同样的问题再次出现，将问题扼杀在摇篮之中。
此外，笔者一直有一个想法。既然我们能够根据经验，总结出一套问题排查的方法论和排查流程，那么，是否能将这个过程自动化、智能化，让平台来完成排查的过程，进一步节约成本，提高排查效率？这将是笔者未来努力探索的一个方向。
道阻且长，行则将至。与诸君共勉。
