摘要

在 Web 开发过程中，文件上传功能是常见的需求。对于开发者而言，确保上传功能的稳定性和性能至关重要。

本文将带你了解如何使用ApacheBench性能测试工具对文件上传功能进行性能测试，特别是如何按照规范构造上传文件的请求体，以便评估和提高服务器在高并发情况下的处理能力。

ApacheBench 简介

ApacheBench（简称ab）是 Apache 服务器自带的一个性能测试工具，它能够模拟多用户并发请求，从而评估服务器在高负载下的性能表现。
若系统中未安装 Apache 服务器，可前往 Apache 官网下载和安装。
更多关于 ApacheBench 的信息，请参考：ApacheBench 简介。

前置条件

假设有一个文件上传 POST 接口 http://localhost:8080/upload ，在请求体中接受 key 为 file 的文件，并返回上传的文件名和文件大小：

通过 Postman 等工具，我们可以直观地看到上传文件的请求内容：

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POST /upload HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Content-Type: multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW
Content-Length: 204

------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW
Content-Disposition: form-data; name="file"; filename="/C:/Users/admin/Desktop/test.jpg"
Content-Type: image/jpeg

(data)
------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW--

问题

当需要使用 ApacheBench 测试上传文件的 POST 接口时，ab -h 中只写到了通过 -p 参数指定 postfile：

-p postfile File containing data to POST. Remember also to set -T

那么这个 postfile 中包含哪些内容呢？应该如何构造一个 ApacheBench 可用的 postfile 呢？

有关 multipart/form-data 的规范

RFC 7578 第4节 中关于 multipart/form-data 的定义提到：multipart/form-data 遵循 RFC 2046 第 5.1 节 中定义的多部分 MIME 数据流结构，并有一些变化，大致的结构要求如下：

  1. 请求头必须包含 Content-Type: multipart/form-data; boundary=边界分隔符；
  2. 多部分文件需要组合成一个单个的请求体，边界分隔符 字符串需保证在整个请求体内唯一，不会出现在分割行以外的其他部分；
  3. 请求体必须包含一个或多个部分，每部分一个实体（如：文件）；
  4. 各部分使用 CRLF +-- +边界分隔符作为一个边界分割行进行分隔，最后一部分后面使用 边界分隔行 +--表示结束；换行符均需使用 CRLF（即 \r\n，即使在非 Windows 环境中）；
  5. 每部分在边界分隔行之间，又由三部分组成：头区域、空白行、内容区域；
  6. 每部分头区域必须包含 Content-Disposition 头字段，类型为 form-data；同时必须包含 name 参数，值为 form 中的原始字段名；当内容区域表示的是文件时，还应该提供 filename 参数。

更详细的内容可参考上面引用的 RFC 规范文档。

构造 postfile

下面依照规范中格式要求，构造一个只发送一个文件的 postfile。

1. 准备 postfile 文件

  • 准备要上传的文件：如：test.jpg；
  • 新建一个文本文件，命名为postfile.txt。

2. 确定边界分隔符

选择一个不会在文件内容中出现的字符串作为边界分隔符，例如：----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW。

3. 编写 postfile 头区域及空白行

在 postfile.txt 中写入以下内容，这些内容构成了请求体的头部信息，
其中 name 应该与服务器端接收的字段名一致，filename 是要上传的文件的名称。

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 ------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW
Content-Disposition: form-data; name="file"; filename="test.jpg"
Content-Type: image/jpeg

依据规范描述，Content-Type 头字段非必要。

此处需注意：

因为规范要求使用CRLF作为换行符，在非 Windows 环境中，不能直接使用文本编辑器输入上面内容，可以按如下方式通过命令构造此部分内容：

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$ echo -e '------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW\r\nContent-Disposition: form-data; name="file"; filename="test.jpg"\r\nContent-Type: image/jpeg\r\n\r' > postfile.txt

通过 >、>>向文件中添加内容时，会自动在最后追加一个 LR（\n），所以省略最后一个 \n。

使用 cat -e 可验证换行符，每行结尾是 ^M$ 代表 CRLF换行符：

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$ cat -e postfile.txt
------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW^M$
Content-Disposition: form-data; name="file"; filename="test.jpg"^M$
Content-Type: image/jpeg^M$
^M$

4. 添加文件内容至 postfile 内容区域

由于文件内容通常是二进制数据，不能直接在文本编辑器中粘贴，可使用 cat 命令将文件内容追加至 postfile 中：

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# 将 test.jpg 文件内容追加到 postfile.txt
$ cat test.jpg >> postfile.txt

Windows 系统中可在 git bash 中使用 cat 命令。

5. 添加结束标记

最后以 CRLF+-- +边界分隔符+-- 标记结束：

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# 将结束标记添加到 postfile.txt
$ echo -e "\r\n------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW--" >> postfile.txt

因为在将文件流内容追加至 postfile.txt 文件后，已无法使用文本编辑器直接打开此文件，故继续使用命令追加文件内容，同样在 Windows 环境中可以通过 git bash 使用 echo 命令。

执行 ab 命令

使用以下命令执行文件上传测试：

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$ ab -n 1 -c 1 -p postfile.txt -v 2 \
-T "multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW" \
http://localhost:8080/upload \
-v 2
  • -n 1 表示总共发送 1 个请求（根据实际测试需求进行调整）。
  • -c 1 表示同时并发 1 个请求（根据实际测试需求进行调整）。
  • -p postfile.txt 指定包含POST数据的文件。
  • -T "multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW" 指定请求的内容类型，包括之前定义的边界分隔符。
  • -v verbosity用于设置 ApacheBench 的详细输出级别。在详细输出级别 2 下，ApacheBench会打印出警告信息和信息信息，如：请求和响应的头部信息。

执行命令后，在控制台中，可以在 LOG: header received: 消息之后找到响应状态码和响应内容。如果状态码为 200且和预期值一致，表示服务器成功处理了请求。

在控制台中还会提供一系列关键指标，如每秒请求数、请求平均响应时间等关键指标。这些数据可以帮助分析文件上传的性能表现，并为优化提供依据。

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This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1901567 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/

Benchmarking localhost (be patient)...INFO: POST header ==
---
POST /upload HTTP/1.0
Content-length: 24223
Content-type: multipart/form-data; boundary=---WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW
secret-id: 3e6bec50-3bbd-4443-b141-82aaee645cc7
secret-key: f1596671ce4d30a7847a91b8c674f43c
Host: localhost:8080
User-Agent: ApacheBench/2.3
Accept: */*


---
LOG: header received:
HTTP/1.1 200
Content-Type: text/plain;charset=UTF-8
Content-Length: 113
Date: Wed, 31 Jul 2024 13:37:18 GMT
Connection: close

File uploaded successfully: postfile.txt with size: 24072 bytes
..done


Server Software:
Server Hostname:        localhost
Server Port:            8080

Document Path:          /upload
Document Length:        113 bytes

Concurrency Level:      1
Time taken for tests:   0.056 seconds
Complete requests:      1
Failed requests:        0
Total transferred:      247 bytes
Total body sent:        24512
HTML transferred:       113 bytes
Requests per second:    17.73 [#/sec] (mean)
Time per request:       56.388 [ms] (mean)
Time per request:       56.388 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          4.28 [Kbytes/sec] received
                        424.51 kb/s sent
                        428.79 kb/s total

Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:        0    0   0.0      0       0
Processing:    56   56   0.0     56      56
Waiting:       53   53   0.0     53      53
Total:         56   56   0.0     56      56

扩展 putfile

ApacheBench (ab) 同样适用于测试 PUT接口。构造putfile的方法与POST接口类似，只需确保请求体的内容和头部信息符合PUT请求的要求。

-u putfile File containing data to PUT. Remember also to set -T

附录

单个文件

构造命令：

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echo -e '------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW\r\nContent-Disposition: form-data; name="file"; filename="file1.jpg"\r\n\r' > postfile.txt
cat 1.jpg >> postfile.txt
echo -e "\r\n------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW--" >> postfile.txt

发送请求：

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ab -n 1 -c 1 -p postfile.txt -v 2 \
-T "multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW" \
http://localhost:8080/upload

多个文件

构造命令：

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echo -e '------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW\r\nContent-Disposition: form-data; name="file1"; filename="file1.jpg"\r\n\r' > postfile.txt
cat 1.jpg >> postfile.txt
echo -e "\r\n------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW\r" >> postfile.txt
echo -e 'Content-Disposition: form-data; name="file2"; filename="file2.zip"\r\n\r' >> postfile.txt
cat demo.zip >> postfile.txt
echo -e "\r\n------WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW--" >> postfile.txt

发送请求：

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ab -n 1 -c 1 -p postfile.txt -v 2 \
-T "multipart/form-data; boundary=----WebKitFormBoundary7MA4YWxkTrZu0gW" \
http://localhost:8080/upload2