全球數(shù)據(jù)中心的數(shù)量在不斷增加，它們的電力消耗也在不斷增加。提高能效的一種方法當(dāng)然是不斷開發(fā)更好的硬件，但作為軟件開發(fā)人員，我們也應(yīng)該盡自己的一份力量。

根據(jù)國際能源署(IEA)的數(shù)據(jù)，2022年全球數(shù)據(jù)中心的用電量估計為240 - 340太瓦時。這相當(dāng)于總電力需求的1.0%至1.3%。這些數(shù)字不包括加密貨幣挖礦，后者可能額外消耗了110太瓦時的電力，占全球電力需求的0.4%。

這篇文章展示了用Rust編碼如何幫助更有效地利用現(xiàn)有資源，幫助保護我們的星球——至少是一點點。

為什么Rust是節(jié)能的？

一般來說，比較編程語言的效率是不容易的，因為結(jié)果受到很多因素的影響。然而，R. Pereira等人的一篇論文比較了27種編程語言的能耗和內(nèi)存效率以及速度。為了獲得盡可能客觀的結(jié)果，他們使用了各種基準(zhǔn)測試進行比較。

該論文指出，Rust在能耗和執(zhí)行時間方面排名第二，僅比第一名c多消耗約3%的能量，執(zhí)行速度僅慢4%。根據(jù)這些測量結(jié)果，Rust非常節(jié)能，特別是如果你將其與PHP的能耗進行比較，PHP的能耗是Rust的28倍，Python的能耗是Rust的74倍。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167642321000022?via%3Dihub

實際案例

在Tweede golf，最近在重寫一個項目時體驗了Rust的高效率和速度。他們用Rust構(gòu)建了一個圖書俱樂部管理應(yīng)用程序，它之前是用PHP編寫的，具有相同的功能。這個應(yīng)用程序允許讀書俱樂部借書，并根據(jù)圖書館的等級體系來管理這些書的預(yù)訂、分發(fā)和發(fā)票。

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老實說，節(jié)省CPU和內(nèi)存并不是重寫的主要原因，維護才是。Rust應(yīng)用程序更容易維護，Rust編譯器或依賴項的版本升級不太可能破壞應(yīng)用程序。此外，使用Rust的效率更高。這是因為有良好的生態(tài)系統(tǒng)和工具鏈，例如編譯器提供了非常有用的錯誤消息，嚴(yán)格的類型系統(tǒng)也有助于編寫正確的軟件。

在他們的示例中，Rust重寫只花費了原始PHP實現(xiàn)一半的開發(fā)時間，這還不包括任何新加需求。當(dāng)然，重新實現(xiàn)現(xiàn)有的實現(xiàn)通常比構(gòu)建原始實現(xiàn)更容易和更快，但是沒有預(yù)料到開發(fā)時間的差異會如此之大。

基準(zhǔn)測試

讓我們看一下性能比較。對于測試，使用了開源HTTP基準(zhǔn)測試工具Siege和25個并發(fā)用戶。這些應(yīng)用程序在一臺Ubuntu筆記本電腦上本地運行，該筆記本電腦配備了第12代英特爾?酷睿?i7-12700H和32gb內(nèi)存。由于應(yīng)用程序是作為容器運行的，使用docker stats命令來估計資源消耗，并使用docker Compose命令在需要的地方限制資源。

執(zhí)行的最直接的基準(zhǔn)測試沒有對PHP或Rust應(yīng)用程序或Siege施加任何限制。針對預(yù)訂概覽頁面執(zhí)行了測試，因為這會給應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫帶來一些計算負(fù)載。Rust版本由一個應(yīng)用程序容器和一個DB容器組成。

PHP版本還包含一個nginx，它負(fù)責(zé)提供所有的靜態(tài)文件，如CSS, JS和圖標(biāo)。Rust應(yīng)用程序自己為它們服務(wù)?？偟腃PU使用情況是所有容器的總和，而App CPU和內(nèi)存使用情況只涉及Rust或PHP容器。

最大CPU

首先，在PHP和Rust應(yīng)用程序上分別加載全部負(fù)載20秒。

可以看到，Rust在點擊次數(shù)(即在20秒內(nèi)加載的頁面數(shù)量)上比PHP高出近4000 %。此外，我們看到PHP需要的內(nèi)存幾乎是Rust應(yīng)用程序的9倍。

限定CPU

你可能會認(rèn)為這是一種不公平的比較，因為Rust能夠利用更多的CPU資源。因此，將每個應(yīng)用容器的CPU使用率限制在20%，并執(zhí)行相同的測試。

Rust應(yīng)用程序的總CPU使用量仍然更高，這與Rust能夠處理33倍以上的請求這一事實有關(guān)，因此給數(shù)據(jù)庫帶來了更高的負(fù)載。同樣，我們可以看到PHP使用了大約9倍的內(nèi)存。

正常測試

這些雖然意義重大，但都是非常理論化的測試。在實踐中，頁面上不會有這么多用戶，而且在加載下一個頁面之前，他們也會花幾秒鐘的時間對一個頁面的加載做出反應(yīng)。為了更真實地測試這一點，我們?yōu)镾iege提供了9個不同的url，這些url在頁面加載后0到10秒之間隨機訪問。為了獲得更好的概述，我們讓這個測試運行60秒而不是20秒。

在這里，我們可以真正看到Rust在資源消耗方面的好處。PHP應(yīng)用程序需要13%的CPU來處理請求，而Rust容器只需要1%。同樣，在內(nèi)存使用方面，Rust的性能也是PHP的九倍。

事實證明，Rust不僅對開發(fā)人員來說更有趣，而且對資源也非常友好。我們已經(jīng)看到新的Rust應(yīng)用程序比舊的PHP實現(xiàn)快40倍。在集群中，我們觀察到資源使用的顯著減少。