提高能效，用Rust写代码

发表于 6月以前 | 总阅读数：311 次

全球数据中心的数量在不断增加，它们的电力消耗也在不断增加。提高能效的一种方法当然是不断开发更好的硬件，但作为软件开发人员，我们也应该尽自己的一份力量。

根据国际能源署(IEA)的数据，2022年全球数据中心的用电量估计为240 - 340太瓦时。这相当于总电力需求的1.0%至1.3%。这些数字不包括加密货币挖矿，后者可能额外消耗了110太瓦时的电力，占全球电力需求的0.4%。

这篇文章展示了用Rust编码如何帮助更有效地利用现有资源，帮助保护我们的星球——至少是一点点。

为什么Rust是节能的？

一般来说，比较编程语言的效率是不容易的，因为结果受到很多因素的影响。然而，R. Pereira等人的一篇论文比较了27种编程语言的能耗和内存效率以及速度。为了获得尽可能客观的结果，他们使用了各种基准测试进行比较。

该论文指出，Rust在能耗和执行时间方面排名第二，仅比第一名c多消耗约3%的能量，执行速度仅慢4%。根据这些测量结果，Rust非常节能，特别是如果你将其与PHP的能耗进行比较，PHP的能耗是Rust的28倍，Python的能耗是Rust的74倍。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167642321000022?via%3Dihub

实际案例

在Tweede golf，最近在重写一个项目时体验了Rust的高效率和速度。他们用Rust构建了一个图书俱乐部管理应用程序，它之前是用PHP编写的，具有相同的功能。这个应用程序允许读书俱乐部借书，并根据图书馆的等级体系来管理这些书的预订、分发和发票。

老实说，节省CPU和内存并不是重写的主要原因，维护才是。Rust应用程序更容易维护，Rust编译器或依赖项的版本升级不太可能破坏应用程序。此外，使用Rust的效率更高。这是因为有良好的生态系统和工具链，例如编译器提供了非常有用的错误消息，严格的类型系统也有助于编写正确的软件。

在他们的示例中，Rust重写只花费了原始PHP实现一半的开发时间，这还不包括任何新加需求。当然，重新实现现有的实现通常比构建原始实现更容易和更快，但是没有预料到开发时间的差异会如此之大。

基准测试

让我们看一下性能比较。对于测试，使用了开源HTTP基准测试工具Siege和25个并发用户。这些应用程序在一台Ubuntu笔记本电脑上本地运行，该笔记本电脑配备了第12代英特尔®酷睿™i7-12700H和32gb内存。由于应用程序是作为容器运行的，使用docker stats命令来估计资源消耗，并使用docker Compose命令在需要的地方限制资源。

执行的最直接的基准测试没有对PHP或Rust应用程序或Siege施加任何限制。针对预订概览页面执行了测试，因为这会给应用程序和数据库带来一些计算负载。Rust版本由一个应用程序容器和一个DB容器组成。

PHP版本还包含一个nginx，它负责提供所有的静态文件，如CSS, JS和图标。Rust应用程序自己为它们服务。总的CPU使用情况是所有容器的总和，而App CPU和内存使用情况只涉及Rust或PHP容器。

最大CPU

首先，在PHP和Rust应用程序上分别加载全部负载20秒。

	Total CPU	App CPU	Memory Usage	Hits
PHP	121 %	37 %	276 MiB	283
Rust	212 %	57 %	31 MiB	11,297

可以看到，Rust在点击次数(即在20秒内加载的页面数量)上比PHP高出近4000 %。此外，我们看到PHP需要的内存几乎是Rust应用程序的9倍。

限定CPU

你可能会认为这是一种不公平的比较，因为Rust能够利用更多的CPU资源。因此，将每个应用容器的CPU使用率限制在20%，并执行相同的测试。

	Total CPU	App CPU	Memory Usage	Hits
PHP	44 %	20 %	96.3 MiB	69
Rust	55 %	20 %	10.8 MiB	2,275

Rust应用程序的总CPU使用量仍然更高，这与Rust能够处理33倍以上的请求这一事实有关，因此给数据库带来了更高的负载。同样，我们可以看到PHP使用了大约9倍的内存。

正常测试

这些虽然意义重大，但都是非常理论化的测试。在实践中，页面上不会有这么多用户，而且在加载下一个页面之前，他们也会花几秒钟的时间对一个页面的加载做出反应。为了更真实地测试这一点，我们为Siege提供了9个不同的url，这些url在页面加载后0到10秒之间随机访问。为了获得更好的概述，我们让这个测试运行60秒而不是20秒。