Схватка Elixir и Ruby. Phoenix против Rails |> Русскоязычное сообщество Elixir и Phoenix Framework

Эта статья — демонстрация сравнительного анализа языков Elixir и Ruby: в ней пойдёт речь о том, какую производительность обеспечивают веб-фреймворки Phoenix и Rails при выполнении одних и тех же задач. Прежде чем перейти к примерам кода и результатам бенчмарков, ответим на несколько распространённых вопросов о тестах такого рода.

Если коротко, то Phoenix справился с заданием в 10,63 раза быстрее, чем Rails, обеспечив более низкую загрузку CPU.

ЧАВО

Не думаете ли вы, что пытаетесь сравнить несравнимое?

Вовсе нет. Приведённые тесты — прямое сопоставление полюбившихся особенностей Ruby (Rails) с Elixir (Phoenix). Elixir гарантирует предоставить то, что все так ценят в Ruby: скорость разработки, метапрограммирование, изящные API и DSL, но при этом работать быстрее, обеспечивая надёжную конкурентную модель и распределённую обработку данных. Цель данной статьи — выяснить, как уже полюбившиеся особенности Ruby без потери удобства программных интерфейсов реализуются в Elixir с точки зрения производительности веб-фреймворков.

Так ли необходимы бенчмарки?

Бенчмарки — не что иное, как средство заблаговременного обеспечения надёжности работы тестируемых программ. Но даже в этом случае бенчмарки всего лишь позволяют получить представление о каких-либо характеристиках. Поэтому мораль здесь такова: не стоит полагаться на бенчмарки, нужно всегда проводить проверки вручную.

Что конкретно вы сравниваете?

Elixir Phoenix Framework

Phoenix 0.3.1
Cowboy webserver (single Elixir node)
Erlang 17.1
Ruby on Rails

Rails 4.0.4

Rails 4.0.4
Puma webserver (4 воркера — по одному на каждое ядро)
MRI Ruby 2.1.0

Мы проводим сравнение быстродействия двух эквивалентных приложений на Phoenix и на Rails, причём для большей наглядности определённые задачи рассматриваются отдельно. Для оценки выполним следующие пункты.

Сопоставим запрос к серверу и направим его к соответствующему действию контроллера, разбирая именованные параметры
Внутри контроллера рендерим представление (в зависимости от заголовка Accept в запросе), которое помещается в родительский макет. Представления рендерятся посредством встроенных в язык шаблонизаторов (ERB, EEx).
В представлении рендерим коллекцию данных, полученных из контроллера.
Отправляем ответ клиенту.

Вот и всё. Мы тестируем типовое сопоставление маршрутов и отображение стека представлений, что явно выходит за рамки примера «Hello World». В обоих приложениях производится рендеринг макета, представлений и их составляющих для проведения анализа реальной производительности при выполнении основной задачи веб-фреймворка. Чтобы не перегружать IO в обоих приложениях отключены кэширование представлений и логирование запросов. Для проведения бенчмаркинга мы использовали инструмент wrk. Помимо тестирования на локальном сервере, мы также провели тестирование и на удалённом (основанном на heroku dynos) с целью исключения влияния этого инструмента на результаты, полученные в ходе локального эксперимента. Хватит болтовни, посмотрим, как выглядит код.

Маршрутизаторы

Phoenix

defmodule Benchmarker.Router do
  use Phoenix.Router
  alias Benchmarker.Controllers

  get "/:title", Controllers.Pages, :index, as: :page
end

Rails

Benchmarker::Application.routes.draw do
  root to: "pages#index"
  get "/:title", to: "pages#index", as: :page
end

Контроллеры

Phoenix

defmodule Benchmarker.Controllers.Pages do
  use Phoenix.Controller

  def index(conn, %{"title" => title}) do
    render conn, "index", title: title, members: [
      %{name: "Chris McCord"},
      %{name: "Matt Sears"},
      %{name: "David Stump"},
      %{name: "Ricardo Thompson"}
    ]
  end
end

Rails

class PagesController < ApplicationController

  def index
    @title = params[:title]
    @members = [
      {name: "Chris McCord"},
      {name: "Matt Sears"},
      {name: "David Stump"},
      {name: "Ricardo Thompson"}
    ]
    render "index"
  end
end

Представления

Phoenix (EEx)

...
    <h4>Team Members</h4>
    <ul>
      <%= for member <- @members do %>
        <li>
          <%= render "bio.html", member: member %>
        </li>
      <% end %>
    </ul>
...

<b>Name:</b> <%= @member.name %>

Rails (ERB)

...
    <h4>Team Members</h4>
    <ul>
      <% for member in @members do %>
        <li>
          <%= render partial: "bio.html", locals: {member: member} %>
        </li>
      <% end %>
    </ul>
...

<b>Name:</b> <%= member[:name] %>

Результаты для локального сервера

Phoenix показал в 10,63 раза большую производительность и более устойчивое среднеквадратическое отклонение времени задержки. Такие результаты доказывают реальные преимущества конкурентной модели Elixir. Одна нода Elixir использует все необходимые ресурсы CPU и требуемый объём памяти, в то время как веб-сервер Puma (Rails) для реализации многопоточности создаёт по одному процессу на каждом ядре CPU.

Phoenix:
req/s: 12,120.00
Stdev: 3.35ms
Max latency: 43.30ms

Rails:
req/s: 1,140.53
Stdev: 18.96ms
Max latency: 159.43ms

Phoenix

$ mix do deps.get, compile
$ MIX_ENV=prod mix compile.protocols
$ MIX_ENV=prod elixir -pa _build/prod/consolidated -S mix phoenix.start
Running Elixir.Benchmarker.Router with Cowboy on port 4000

$ wrk -t4 -c100 -d30S --timeout 2000 "http://127.0.0.1:4000/showdown"
Running 10s test @ http://127.0.0.1:4000/showdown
4 threads and 100 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency     8.31ms    3.53ms  43.30ms   79.38%
Req/Sec     3.11k   376.89     4.73k    79.83%
121202 requests in 10.00s, 254.29MB read
Requests/sec:  12120.94
Transfer/sec:     25.43MB

Rails

$ bundle
$ RACK_ENV=production bundle exec puma -w 4
[13057] Puma starting in cluster mode...
[13057] * Version 2.8.2 (ruby 2.1.0-p0), codename: Sir Edmund Percival Hillary
[13057] * Min threads: 0, max threads: 16
[13057] * Environment: production
[13057] * Process workers: 4
[13057] * Phased restart available
[13185] * Listening on tcp://0.0.0.0:9292

$ wrk -t4 -c100 -d30S --timeout 2000 "http://127.0.0.1:9292/showdown"
Running 10s test @ http://127.0.0.1:9292/showdown
4 threads and 100 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency    21.67ms   18.96ms 159.43ms   85.53%
Req/Sec   449.74    413.36     1.10k    63.82%
11414 requests in 10.01s, 25.50MB read
Requests/sec:   1140.53
Transfer/sec:      2.55MB

Результаты для Heroku (1 dyno)

Phoenix оказался в 8,94 раза производительнее, снова показав намного более устойчивое среднеквадратическое отклонение времени задержки и в 3,74 раза меньшую загрузку CPU. Пытаясь получить на сервере Phoenix такую же нагрузку на CPU, как и на сервере Rails, мы столкнулись с нехваткой доступных сокетов. Возможно, Phoenix-приложение показало бы большую производительность, если бы сети клиентов имели более высокую пропускную способность. В случае использования удалённого сервера значение среднеквадратического отклонения имеет особую важность. Rails-приложение не смогло обеспечить устойчивое время отклика, показав результат времени задержки более 8 секунд. На практике, Phoenix-приложение в нагруженном состоянии должно работать намного более стабильно, чем приложение на Rails.

Phoenix:
req/s: 2,691.03
Stdev: 139.92ms
Max latency: 1.39s

Rails:
req/s: 301.36
Stdev: 2.06s
Max latency: 8.36s

Phoenix (Cold)

$ ./wrk -t12 -c800 -d30S --timeout 2000 "http://tranquil-brushlands-6459.herokuapp.com/showdown"
Running 30s test @ http://tranquil-brushlands-6459.herokuapp.com/showdown
12 threads and 800 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency   317.15ms  139.55ms 970.43ms   81.12%
Req/Sec   231.43     66.07   382.00     63.92%
83240 requests in 30.00s, 174.65MB read
Socket errors: connect 0, read 1, write 0, timeout 0
Requests/sec:   2774.59
Transfer/sec:      5.82MB

Phoenix (Warm)

$ ./wrk -t12 -c800 -d180S --timeout 2000 "http://tranquil-brushlands-6459.herokuapp.com/showdown"
Running 3m test @ http://tranquil-brushlands-6459.herokuapp.com/showdown
12 threads and 800 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency   318.52ms  139.92ms   1.39s    82.03%
Req/Sec   224.42     57.23   368.00     68.50%
484444 requests in 3.00m, 0.99GB read
Socket errors: connect 0, read 9, write 0, timeout 0
Requests/sec:   2691.03
Transfer/sec:      5.65MB

Загрузка

load_avg_1m=2.78

sample#memory_total=34.69MB
sample#memory_rss=33.57MB
sample#memory_cache=0.09MB
sample#memory_swap=1.03MB
sample#memory_pgpgin=204996pages sample#memory_pgpgout=196379pages

Rails (Cold)

$ ./wrk -t12 -c800 -d30S --timeout 2000 "http://dry-ocean-9525.herokuapp.com/showdown"
Running 30s test @ http://dry-ocean-9525.herokuapp.com/showdown
12 threads and 800 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency     2.85s     1.33s    5.75s    65.73%
Req/Sec    22.68      7.18    61.00     69.71%
8276 requests in 30.03s, 18.70MB read
Requests/sec:    275.64
Transfer/sec:    637.86KB

Rails (Warm)

$ ./wrk -t12 -c800 -d180S --timeout 2000 "http://dry-ocean-9525.herokuapp.com/showdown"
Running 3m test @ http://dry-ocean-9525.herokuapp.com/showdown
12 threads and 800 connections
Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
Latency     3.07s     2.06s    8.36s    70.39%
Req/Sec    24.65      9.97    63.00     67.10%
54256 requests in 3.00m, 122.50MB read
Socket errors: connect 0, read 1, write 0, timeout 0
Requests/sec:    301.36
Transfer/sec:    696.77KB

Загрузка

sample#load_avg_1m=10.40

sample#memory_total=235.37MB
sample#memory_rss=235.35MB
sample#memory_cache=0.02MB
sample#memory_swap=0.00MB
sample#memory_pgpgin=66703pages
sample#memory_pgpgout=6449pages

Обобщённые результаты

Elixir сочетает в себе удобство и скорость разработки Ruby с конкурентной моделью и отказоустойчивостью Erlang. Программируя на Elixir, можно одновременно пользоваться преимуществами двух этих языков, в связи с чем я призываю вас ознакомиться с Phoenix. Придётся ещё попотеть над доработкой Phoenix, чтобы он мог сравняться с мощной экосистемой Rails, но это только начало. На этот год у нас уже большие планы.

Если вы хотели бы собственноручно провести такое же тестирование, то созданные приложения находятся в свободном доступе на сайте Github. Интересно было бы посмотреть, какие результаты получились на разном железе, особенно на том, которое могло бы сильнее нагрузить Phoenix-приложение.

За предоставленную информацию об установке приложений Heroku и тестировании удалённых серверов благодарим Джейсона Стибса!