常见编程语言性能对比之计算斐波拉契数

前言

最近简单学了下Rust，以我这种菜鸟水平，没感受到什么安全、性能什么方面的优势，只觉得概念太多，编译各种报错。暂时也写不出来什么玩法，索性整个活，对比下各种学过的语言的性能。部分语言很早之前学过，很久不用就忘了，所以有些是用GPT写的。但运行逻辑很简单，所以应该没什么影响。具体的代码可以见"实验代码"部分。

对比方法是在同一台机器上计算斐波拉契数，获取运行时长和内存占用。对比方法很野鸡，看看当个乐就行。

根据个人工作经验来说，大部分业务场景性能只要够用就行，能尽快下班的语言就是好语言。

实验准备

测试主机：虚拟机
- 系统：Debian 12.5 x86_64
- CPU：4 核
- 内存：4 GB

使用time命令计算运行时长和内存消耗。示例，计算C二进制程序的运行时长和内存

bash 复制代码

/usr/bin/time -f 'Elapsed Time: %e s Max RSS: %M kbytes' ./fib-c 45

# 输出结果
The 45th Fibonacci number is 1134903170
Elapsed Time: 8.36 s Max RSS: 1444 kbytes

部分语言需要编译，二进制文件和代码如下，C编译出来的二进制文件只有16KB。

bash 复制代码

-rwxr-xr-x 1 atlas atlas  16K Mar 16 16:21 fib-c  # C编译的二进制文件
-rwxr-xr-x 1 atlas atlas 1.8M Mar 16 15:56 fib-go  # Go编译的二进制文件
-rwxr-xr-x 1 atlas atlas 7.7M Mar 16 17:47 fib-graalvm  # GraalVM编译的二进制文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  175 Mar 16 18:06 fib-js.js  # JavaScipt源代码文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  643 Mar 16 16:48 fib-lua.lua  # lua 代码文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  377 Mar 16 16:49 fib-lua.luac  # LuaJIT编译文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  981 Mar 16 19:17 Fibonacci.class  # javac编译文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  622 Mar 16 17:18 Fibonacci.java  # Java源代码文件
-rw-r--r-- 1 atlas atlas  322 Mar 16 16:31 fib-python.py  # python源代码文件
-rwxr-xr-x 1 atlas atlas 3.7M Mar 16 15:56 fib-rust  # rust编译的二进制文件

实验结果

递归计算数值 45 的斐波拉契数，确保计算出来的值都是1134903170。

根据结果数据来看，Java(OpenJDK)计算最快，但内存占用相当高，接近rust运行内存的20倍。换成GraalVM编译后，内存占用会少很多，但还是比Rust和C要多。

C的内存占用最低，Rust和C基本齐平，二者运行时长也差不多。

Python最慢，意料之中。。但Python平常个人写的也很多，开发速度相当快。

Go平常也经常写，速度和内存占用都尚可，语法也很简单。写习惯了Go的并发语法，再写其它语言就有点感觉怪怪的。

Lua使用本身的解释器运行是很慢的，用luajit编译后效率提升很多。

JS并不熟，完全用GPT给的测试方案。运行速度还行，就是内存占用比Java都高。貌似也有其它js运行时，可能性能比nodejs要好。

语言	版本	运行时长(seconds)	环比Rust(越低越好)	最大内存占用(kbytes)	环比Rust(越低越好)
Java	OpenJDK 17.0.2	2.75	-69.7%	38056	+1932.9%
Java	GraalVM 21.0.2+13.1	4.37	-51.8%	6980	+272.9%
Python	3.11.2	112.13	+1136.3%	9364	+400.2%
Go	1.21.6	4.88	-46.2%	3396	+81.4%
C	gcc 12.2.0	8.36	-7.8%	1444	-22.9%
Rust	1.76.0	9.07	0	1872	0
Lua	Lua 5.4	74.22	+718.3%	2668	+42.5%
Lua	LuaJIT 2.1.0-beta3	17.09	+88.42%	2296	+22.6%
Nodejs	v20.10.0	9.18	+1.2%	45248	+2317.1%

实验代码

Java

java 复制代码

public class Fibonacci {
    public static int fib(int n) {
        if (n <= 2) {
            return 1;
        }
        return fib(n - 2) + fib(n - 1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        if (args.length < 1) {
            System.out.println("Usage: java Fibonacci NUMBER");
            return;
        }
        
        try {
            int num = Integer.parseInt(args[0]);
            System.out.println(String.format("The %dth Fibonacci number is %d", num, fib(num)));
        } catch (NumberFormatException e) {
            System.out.println("Invalid number provided.");
        }
    }
}

Python

python 复制代码

import sys

def fib(n: int) -> int:
    if n <= 2:
        return 1
    return fib(n-2) + fib(n-1)

def main():
    if len(sys.argv) < 2:
        print("Usage: python fib-python.py NUMBER")
        return
    print(f"The {sys.argv[1]}th Fibonacci number is {fib(int(sys.argv[1]))}")

if __name__ == "__main__":
    main()

Go

go 复制代码

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "strconv"
)

func fib(n uint) uint {
    switch n {
        case 0:
        	return 0
        case 1:
        	return 1
        case 2:
        	return 1
        default:
        	return (fib(n-2) + fib(n-1))
    }
}

func main() {
    args := os.Args
    for i := 1; i < len(args); i++ {
        v1, err := strconv.Atoi(args[i])
        if err != nil {
            panic(err)
        }
        var arg uint = uint(v1)
        fmt.Printf("The %dth Fibonacci number is %d\n", arg, fib(arg))
    }
}

Rust

rust 复制代码

use std::str::FromStr;
use std::env;


fn fib(n: u64) -> u64 {
    match n {
        0 => 0,
        1 => 1,
        2 => 1,
        _ => fib(n - 1) + fib(n - 2),
    }
}

fn main() {
    let mut args = Vec::new();
    for arg in env::args().skip(1) {
        args.push(u64::from_str(&arg).expect("error parsing argument"));
    }

    if args.len() == 0 {
        eprintln!("Usage: fib <number>");
        std::process::exit(1);
    }

    println!("The {}th Fibonacci number is {}", args[0], fib(args[0]));
}

JavaScript

javascript 复制代码

function fib(n) {
 if (n <= 2) {
   return 1;
 }
 return fib(n - 2) + fib(n - 1);
}

function main(n) {
 console.log(`The ${n}th Fibonacci number is ${fib(n)}`);
}

main(45);

C

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

long long fibonacci(int n);

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("使用方法: ./fib-c NUMBER\n");
        return 1;
    }
    
    int n = atoi(argv[1]);
    printf("The %dth Fibonacci number is %d\n", n, fibonacci(n));

    return 0;
}

long long fibonacci(int n) {
    if (n <= 1) return n;
    else return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

Lua

lua 复制代码

function fib(n)
    if n <= 2 then
        return 1
    else
        return fib(n - 2) + fib(n - 1)
    end
end

function main()
    if #arg == 0 then
        print("Usage: lua fib-lua.lua NUMBER")
        return
    end
    
    local num = tonumber(arg[1])
    if num then
        print(string.format("The %dth Fibonacci number is %d", num, fib(num)))
    else
        print("Invalid number provided.")
    end
end

main()