Rust vs Go vs C: データベースと IoT アプリケーションのパフォーマンス ベンチマーク

Rust: データベースと IoT アプリケーションによるパフォーマンスとセキュリティの分析

Rust は、セキュリティとスピードの融合 [1] が高く評価されており、プロ仕様の言語としての期待が高まっています [3, 8]。 しかし、2021 年の調査 [3] では、職場での使用率が顕著に増加した (42% から 59%) にもかかわらず、業界での採用が主要な懸念事項 (38%) であることが強調されました。 この調査では、データベース (Redis) と IoT (ECHONET Lite) という 2 つの主要なアプリケーション ドメインにおける Rust の実際の実装を C および Go と比較することで、この懸念に直接対処しています。

方法論: Rust の効率とパフォーマンスを評価するために、C と Go の仕様をミラーリングする 2 つのアプリケーションを構築しました。 データベース アプリケーションは Redis [19] を活用し、非公式の Rust [21] および Go [23] 実装と比較しました。 IoT アプリケーションには、ECHONET Lite プロトコル [9] の実装、C [11]、Go [13]、Rust [12]、Python [14] の実装の比較が含まれていました。

評価 1: データベース アプリケーション (Redis)

この評価では、redis-benchmark を使用して、公式 C Redis 実装 [19]、Rust サブセット (mini-redis) [21]、および Go サンプル実装 (go-redis-server) で SET/GET コマンドをテストしました。 23]。 ベンチマークは 50 スレッド、実行ごとに 10,000 回の反復で実行されました。 mini-redis の機能は限られているため、評価では 99 パーセンタイル (p99) を主要な指標として使用し、パフォーマンスのみに焦点を当てました。

性能ランク：C >行く >錆び

結果 (以下にグラフで示します) は、C のパフォーマンスが優れており、Go や Rust よりも約 3 倍高速であることを明確に示しています。 Go 実装と Rust 実装は両方ともサブセットでしたが、この差異により最適化の余地がある領域が浮き彫りになりました。

Rust のパフォーマンス分析: Rust の SET コマンドと GET コマンドは、C よりそれぞれ 28% と 41% 遅く、Go よりも大幅に遅かった (それぞれ 78% と 88% 遅かった)。これは、mini-redis が利用する Tokio ライブラリ [20] の最適化が不完全であることが原因である可能性があります。 さらに、HashMap [17] のような標準ライブラリ コンポーネントへの依存がパフォーマンスに影響を与えている可能性があります。

Go パフォーマンス分析: Go の go-redis は驚くほど優れたパフォーマンスを示し、C との競争力を維持しながら Rust のパフォーマンスを大幅に上回りました。標準ライブラリのみに依存する go-redis-server 実装の単純さは、さらなる最適化の可能性を示唆しています。

評価2：IoTアプリケーション（ECHONET Lite）

この評価では、C、Go、Rust、Python にわたる ECHONET Lite [9] クライアント/サーバー実装の実装効率とパフォーマンスを比較しました。 実装は共通の設計を共有していましたが、言語間でいくつかの機能の違いがありました (下の図を参照)。

実装効率 (LOC): Python > Rust ≈ Go >ち

Tokei [16] を使用したコード行数 (LOC) 分析により、Python の効率性が明らかになり、それに僅差で Rust と Go が続き、最も多くのコードを必要とするのは C でした。 (注: 自動生成されたコードは除外されました。)

Rust 実装分析: Go に匹敵する Rust の LOC 数は、言語固有の複雑さと、開発者がコンパイラーとその厳密なセマンティクスで直面する課題を反映しています [5]。 特性とライフタイムの処理に制限があるため、設計上の妥協が生じました。

C 実装分析: C の LOC 数が高いのは、移植性を高めるための自己完結型ライブラリとラッパーが含まれていることが原因です。

Go 実装分析: Go の効率性は、その単純な実装と豊富な標準ライブラリに起因しており、C 設計の直接変換が可能です。

Python 実装分析: Python の低い LOC は、言語の柔軟性と簡潔さを反映しています。

パフォーマンスランキング: Go > C >錆＞パイソン

パフォーマンスは、timeコマンドを使用して、ECHONET Lite コントローラーとオブジェクトの相互作用を 10,000 回繰り返し実行して測定されました。 Go は、C、Rust、Python を大幅に上回る優れたパフォーマンスを実証しました。

Rust パフォーマンス分析: Rust のパフォーマンスは Go や C に比べて遅れていました。これは、HashMap や Mutex などの標準ライブラリ コンポーネントの制限と、UDPSocket によって課された制約が原因である可能性があります。

C パフォーマンス分析: C はユーザー時間では優れていましたが、システム時間は Go や Rust よりも著しく高かったため、最適化の余地がある領域が示唆されました。

Go パフォーマンス分析: Go の優れたパフォーマンスは、非同期 UDP 通信の処理効率を際立たせます。

Python パフォーマンス分析: Python のパフォーマンスは他の言語よりも大幅に低かった。

結論

「Better C」の観点から見ると、Go は強力な後継者として浮上し、Objective-C をも超える可能性があります。 Rust は安全性と速度を提供する一方で、生産性、相互運用性、プログラミングの柔軟性の点で課題を抱えています。 コンパイラを多用する性質と、既存の資産を活用する際の制限により、その導入が妨げられています。 Go の実装効率と安定したパフォーマンスにより、Go は汎用アプリケーションにとって強力な選択肢となります。 Rust、C、Go で特定されたパフォーマンスのボトルネックについては、さらなる調査が必要です。

[1] - [27]: 原文で提供されている参照。

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