本文將通過(guò)一些基準(zhǔn)測(cè)試，比較 C++ 和 Rust 以及 Go 編寫的相同程序的性能。我們將盡最大努力將語(yǔ)言差異以外的噪音因素隔離開(kāi)來(lái)，不過(guò)，與任何基準(zhǔn)測(cè)試一樣，需要慎重對(duì)待測(cè)試結(jié)果，因?yàn)闆](méi)有任何一種基準(zhǔn)測(cè)試能真正比較兩種不同語(yǔ)言的性能。

計(jì)劃

本文要比較的程序是 gunzip，它可以解壓 .gz 文件。gunzip 有不同的實(shí)現(xiàn)，例如用 C 編寫的 GNU gzip[2]、用 C 編寫的 zlib[3]、用 C 編寫的 miniz[4]、用 Rust 編寫的 flate2-rs[5] 和用 Go 編寫的 gzip[6]。

但是，除非一種語(yǔ)言是另一種語(yǔ)言的直接移植，由于可能會(huì)引入不同實(shí)現(xiàn)的噪音，因此無(wú)法對(duì)兩種語(yǔ)言進(jìn)行準(zhǔn)確的基準(zhǔn)測(cè)試。

為此，我們將選擇以下三個(gè)方面：

• 用 Rust 寫的 gunzip[7]
• C++ 編寫的移植版cpp_gunzip[8]
• Go 編寫的移植版go_gunzip[9]

盡量減少噪音

還有一個(gè)問(wèn)題--外部庫(kù)。它們都依賴第三方庫(kù)計(jì)算 CRC32 校驗(yàn)和，這在解壓縮過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。其中，gunzip 依賴 crc32fast[10]，cpp_gunzip 可以鏈接 zlib 或 FastCrc32[11]，而 go_gunzip 則依賴 Go 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里的 crc32[12]。幸運(yùn)的是，所有這些程序都支持多線程選項(xiàng)，可以在單獨(dú)的線程上運(yùn)行 CRC32 校驗(yàn)和，因此運(yùn)行時(shí)間與解壓縮實(shí)現(xiàn)成正比--這是因?yàn)榻鈮嚎s比 CRC32 校驗(yàn)和耗時(shí)更長(zhǎng)，因此通過(guò)并行化，可以有效的將 CRC32 校驗(yàn)和的影響降至最低。

讓我們做一些實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。我們用兩種不同的方式編譯 cpp_gunzip：(1) 使用 FastCrc32；(2) 使用 zlib 計(jì)算 CRC32 校驗(yàn)和。然后使用單線程和雙線程模式比較兩者的運(yùn)行時(shí)間，看看有什么不同。

# terminal in Linux
git clone https://github.com/TechHara/cpp_gunzip.git
cd cpp_gunzip

# compile with FastCrc32 vs zlib for CRC32 checksum
cmake -B fastcrc32 -DCMAKE_CXX_FLAGS=-O3 -DUSE_FAST_CRC32=ON . && make -j -C fastcrc32
cmake -B zlib -DCMAKE_CXX_FLAGS=-O3 -DUSE_FAST_CRC32=OFF . && make -j -C zlib

# download linux source code and compress as .gz file
curl -o- https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.8.7.tar.xz | xz -d | gzip > linux.tgz

# run with single-thread
time fastcrc32/gunzip < linux.tgz > linux.tar
time zlib/gunzip < linux.tgz > linux.tar

# run with multi-thread (-t option)
time fastcrc32/gunzip -t < linux.tgz > linux.tar
time zlib/gunzip -t < linux.tgz > linux.tar

在 x64 Ubuntu 系統(tǒng)上，單線程模式下兩個(gè) CRC32 校驗(yàn)和庫(kù)的性能差別很大。不過(guò)，當(dāng)我們?cè)诙嗑€程模式下運(yùn)行時(shí)，這兩個(gè)庫(kù)的運(yùn)行時(shí)間并沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期的差異。因此，這讓我們可以最大限度減少基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)使用不同 CRC32 庫(kù)所帶來(lái)的噪音。

基準(zhǔn)測(cè)試

接下來(lái)我們將運(yùn)行基準(zhǔn)，使用完全相同的 .gz 解壓縮實(shí)現(xiàn)，比較 C++ 與 Rust 和 Go 的性能。我們已經(jīng)運(yùn)行了 C++ 版本，現(xiàn)在來(lái)運(yùn)行 Rust 和 Go 版本。確保在多線程模式下運(yùn)行，以盡量減少 CRC32 校驗(yàn)和產(chǎn)生的噪音。

# clone the Rust version
git clone https://github.com/TechHara/gunzip.git
cd gunzip

# build
cargo build -r

# run in multi-threaded mode (-t)
time target/release/gunzip -t < ../linux.tgz > linux.tar

# clone the Go version
cd ..
git clone https://github.com/TechHara/go_gunzip.git
cd go_gunzip

# build
go build

# set max process to 2
export GOMAXPROCS=2

# run in multi-threaded mode (-t)
time ./gunzip -t < ../linux.tgz > linux.tar

好吧，在 x64 Ubuntu 系統(tǒng)上，C++ 和 Rust 的運(yùn)行速度幾乎相同，而 Go 的運(yùn)行時(shí)間是它們的 2 倍左右。但與benchmarkgame的數(shù)據(jù)（4倍）相比，在這個(gè)場(chǎng)景下的Go性能還更好一點(diǎn)。

https://benchmarksgame-team.pages.debian.net/benchmarksgame/index.html

但更好的性能并不意味著更好的語(yǔ)言。在選擇語(yǔ)言時(shí)，必須考慮應(yīng)用、開(kāi)發(fā)/維護(hù)時(shí)間以及安全性。最典型的例子就是 Python，它比 C 語(yǔ)言慢 100 倍，但卻是最流行的編程語(yǔ)言。

參考資料：

• [1]Performance — C++ vs Rust vs Go: https://medium.com/@techhara/performance-c-vs-rust-vs-go-a44cbd2cc882
• [2]GUN gzip: https://www.gnu.org/software/gzip
• [3]zlib: https://www.zlib.net
• [4]miniz: https://github.com/richgel999/miniz
• [5]flate2-rx: https://github.com/rust-lang/flate2-rs
• [6]gzip in Go: https://pkg.go.dev/compress/gzip
• [7]gunzip in Rust: https://github.com/techhara/gunzip
• [8]cpp_gunzip: https://github.com/TechHara/cpp_gunzip
• [9]go_gunzip: https://github.com/TechHara/go_gunzip
• [10]crc32fast: https://docs.rs/crc32fast/latest/crc32fast/
• [11]FastCrc32: https://create.stephan-brumme.com/crc32
• [12]crc32: https://pkg.go.dev/hash/crc32