本内容是对知名性能评测博主 Anton Putra Actix (Rust) vs Zap (Zig) vs Zig: Performance (Latency - Throughput - Saturation - Availability) 内容的翻译与整理, 有适当删减, 相关指标和结论以原作为准
介绍
在这期内容中，我想分享关于 Rust 和 Zig 之前的基准测试的最新结果。我收到了很多关于如何优化 Zig 应用程序的建议，还有几个 PR（Pull Request），这些优化带来了巨大的改进。 feat: Fix improper build command Lesson 207 - add pure Zig implementation
我会快速介绍这些优化技术，然后使用优化后的代码重新运行基准测试。此次测试的设置和参数与之前相同，以确保负载生成的一致性。
所以，在本视频中，我们将比较 Rust 和 Zig 这两种编程语言。具体来说，我会使用 Actix 作为 Rust 的 HTTP 框架，而 Zap 则作为 Zig 的 HTTP 框架。此外，我还收到了一位 Zig 专家的 PR，其中包含了一个纯 Zig 编写的 HTTP 服务器实现。
和往常一样，我会施加足够的负载，以找出每个应用程序的极限性能。
Actix（Rust）概览
我选择 Actix 作为测试框架，是基于我之前对最流行的 Rust HTTP 框架（Actix、Axum 和 Rocket）进行的基准测试。在那次测试中，Actix 在这三者中表现出了 最低的延迟 和 最低的 CPU 使用率。
Zap（Zig）概览
接下来是 Zap ，一个用 Zig 编写的 HTTP 框架。它本质上是对一个 C 库的封装，并且根据官方提供的基准测试结果，它的性能应该优于 Rust。
在我上次运行基准测试时，我并没有使用所有优化编译选项来编译应用程序。而就在我发布基准测试的几分钟后，我就收到了一个 PR，其中包含了正确的优化方法。
Zig 具有四种构建模式：
- Debug 模式 （默认模式）：当你直接运行
zig build命令时，它会使用此模式。这正是我在上次基准测试中使用的模式，导致 Zap 应用程序运行 非常慢。 - ReleaseFast：优先考虑性能，并禁用所有安全检查。
- ReleaseSafe：优先考虑安全性，并保留所有安全检查。
- ReleaseSmall ：用于生成 较小 的可执行文件。
你可以在 Zig 的官方文档中阅读更多关于构建模式和其他设置的信息。
纯 Zig 实现概览
除了 Zap，我还收到了一位 Zig 专家的 PR，其中包含了一个 纯 Zig 编写 的 Web 服务器实现，并且使用了相同的 API 端点。根据本地测试，该服务器的吞吐量比 Rust 还要高，能够处理 接近 200,000 次请求/秒。
该测试是在一台 M2 ARM 架构的 Mac 上进行的。
唯一的不同之处在于，我在编译时选择了 ReleaseFast 模式 ，以 优先考虑性能 而非文件大小。如果你对 Zig 感兴趣，我建议你阅读该 PR 的代码。
测试方法
为了运行此次测试，我使用了 生产级的 AWS EKS（托管 Kubernetes）集群 。我创建了两个 节点组（Node Groups）：
- 一个由 xlarge 实例组成，用于运行应用程序。
- 另一个由 4xlarge 实例组成，用于运行生成负载的客户端。
所有源代码都托管在我的 GitHub 公开仓库。
接下来，我们将所有三个应用程序部署到 AWS Kubernetes ，并让它们在 空闲状态 下运行 10 到 15 分钟。
CPU 和内存使用情况
让我们先看看 CPU 使用率：
- Rust（Actix） 具有最高的 CPU 使用率。
- 纯 Zig 实现 的 CPU 使用率 低得离谱 ，甚至 Prometheus 和 cAdvisor 都无法检测到它正在运行，显示为 0%。
接下来是 内存使用情况：
- 如预期的那样，Zap 的 内存使用量最高。
- 具体来看：
- Actix 使用 760 KB。
- Zap 使用 22 MB。
- 纯 Zig 实现使用约 1,000 KB（1 MB）。
虽然这些数据本身并不能说明太多问题，但它们仍然是评估应用程序性能的一个有用基准。
负载测试
现在，我开始部署 测试任务 到 Kubernetes，以生成负载。
- 每个应用程序都有 20 个 Pod 运行。
- 每 30 秒 ，虚拟客户端的数量会增加 1 个。
- 负载从 20 个客户端 开始，最终大约会达到 4,000 个并发客户端。
在测试的前几分钟，我们可以 忽略延迟波动，直到它趋于稳定。
测试结果
初始阶段
- Rust（Actix） 具有 最低的延迟。
- Zap 和纯 Zig 实现 的延迟相近。
- 纯 Zig 服务器的 CPU 使用率在测试初期要高得多。
- 每个应用实例运行在 独立的 Kubernetes 节点 上，配置为 2 个 CPU 核心 和 256 MB 内存。
50,000 QPS（请求/秒）时的表现
-
延迟排名：
- 纯 Zig 服务器
- Zap
- Rust（Actix）
-
CPU 使用率 也呈现出类似的模式。
-
偶尔会有客户端超时 ，但 99.999% 的可用性 仍然确保绝大多数请求不会失败。
75,000 QPS 时的表现
- 纯 Zig 服务器的性能开始下降，延迟上升。
- 这个吞吐量几乎是 纯 Zig 服务器的极限。
81,000 QPS 时的表现
- 纯 Zig 服务器 开始落后，因此我将其从图表中移除，稍后再进行回顾。
100,000 QPS 时的表现
- Zap 和 Actix 的延迟和可用性均出现波动。
- CPU 使用率达到 60% 以上 ，这时应该 水平扩展（扩容），而不是继续增加负载。
125,000 QPS 时的表现
- Zap 达到最大极限，无法处理更多请求。
最终结果
- Rust（Actix） 最高处理 160,000 QPS。
- Zap 最高处理 127,000 QPS ，CPU 使用率接近 90%。
完整测试数据
- 请求处理速率（QPS）趋势图
- 客户端延迟趋势图
- 各应用程序 CPU 使用率
- 内存使用情况
- 可用性（成功请求率）趋势图
- Kubernetes CPU 限流情况
(图略)