Ngôn ngữ lập trình Rust tiếp tục phải đối mặt với những chỉ trích về thời gian biên dịch chậm chạp khét tiếng, bất chấp những cải tiến đáng kể mà nhóm phát triển đã thực hiện trong những năm gần đây. Một phân tích chi tiết từ nhóm làm việc về hiệu suất trình biên dịch Rust tiết lộ những thách thức phức tạp đằng sau vấn đề dai dẳng này và tại sao các giải pháp nhanh chóng vẫn khó thực hiện.
Cải Thiện Hiệu Suất Trình Biên Dịch Rust (2021-2024)
- Tốc độ biên dịch tổng thể: nhanh hơn khoảng 2 lần trong 3 năm
- Giảm thời gian build dự án mẫu: từ 1 phút 15 giây → 1 phút 9 giây
- Giám sát hiệu suất: Bộ benchmark toàn diện chạy sau mỗi PR được merge
- Quy trình phân loại regression hiệu suất hàng tuần
Kiến Trúc Kỹ Thuật Tạo Ra Những Nút Thắt Cơ Bản
Nguyên nhân gốc rễ của tốc độ biên dịch chậm của Rust xuất phát từ những quyết định kiến trúc sâu sắc ưu tiên hiệu suất runtime hơn tốc độ compile-time. Thiết kế của ngôn ngữ xoay quanh các abstraction không tốn chi phí có nghĩa là trình biên dịch tạo ra mã intermediate representation (IR) rộng lớn phải được tối ưu hóa mạnh mẽ bởi LLVM, cơ sở hạ tầng trình biên dịch backend. Cách tiếp cận này tạo ra một sự đánh đổi cơ bản trong đó việc đạt được hiệu suất runtime nhanh đòi hỏi xử lý compile-time đáng kể.
Cộng đồng đã xác định LLVM là một nút thắt lớn, nhưng vấn đề mở rộng ra ngoài backend. Hệ thống monomorphization của Rust, tạo ra các phiên bản chuyên biệt của các hàm generic cho từng loại mà chúng được sử dụng, nhân lên lượng mã cần biên dịch. Ngoài ra, mô hình biên dịch dựa trên crate, trong khi cung cấp tính modular xuất sắc, có thể dẫn đến các đơn vị biên dịch lớn hơn so với những gì các ngôn ngữ khác thường xử lý.
Các Nghẽn Cổ Chai Kỹ Thuật Đã Được Xác Định
- Các lượt tối ưu hóa backend LLVM : Nghẽn cổ chai chính đối với nhiều dự án
- Monomorphization: Tạo ra nhiều bản sao của các hàm generic
- Biên dịch phụ thuộc: Phải xây dựng lại cho từng dự án
- Biên dịch tăng dần: Hiệu quả hạn chế trong các workspace lớn
- Giai đoạn liên kết: Chiếm một phần đáng kể trong tổng thời gian xây dựng
Tăng Trưởng Hệ Sinh Thái Vượt Qua Các Cải Tiến Trình Biên Dịch
Trong khi trình biên dịch Rust đã gần như tăng gấp đôi hiệu suất trong ba năm qua, sự tăng trưởng nhanh chóng của hệ sinh thái đã bù trừ nhiều thành quả này. Các dự án Rust hiện đại thường bao gồm hàng chục hoặc hàng trăm dependency, mỗi cái đều cần biên dịch. Cộng đồng lưu ý rằng các thư viện tiếp tục thêm tính năng và dependency nhanh hơn so với khả năng tối ưu hóa của trình biên dịch.
Điều này tạo ra trải nghiệm bực bội khi các dự án riêng lẻ có thể thấy thời gian build tăng lên bất chấp việc sử dụng trình biên dịch nhanh hơn. Sự bùng nổ dependency đặc biệt ảnh hưởng đến các lần build đầu tiên, khi các nhà phát triển phải biên dịch toàn bộ cây dependency từ đầu. Một số dự án báo cáo thời gian clean build 10+ phút cho các codebase tương đối khiêm tốn khi bao gồm tất cả dependency.
Thời Gian Build Được Cộng Đồng Báo Cáo
- Dự án Rust nhỏ (vài nghìn dòng code): 1-10 phút cho clean build
- Dự án trung bình (40k dòng + dependencies): 1-2 phút
- So sánh dự án C++ lớn: 30 phút trên phần cứng cao cấp
- Dự án tương đương Go: 2-40 giây bao gồm cả dependencies
Thách Thức Tổ Chức Hạn Chế Các Cải Tiến Lớn
Dự án Rust hoạt động như một nỗ lực mã nguồn mở dựa trên tình nguyện viên, tạo ra những thách thức độc đáo để giải quyết các cải tiến hiệu suất quy mô lớn. Các thay đổi kiến trúc lớn đòi hỏi phối hợp giữa nhiều nhóm làm việc và duy trì tính tương thích với quá trình phát triển đang diễn ra. Không giống như các ngôn ngữ được hỗ trợ bởi doanh nghiệp có thể dành các nhóm cho các vấn đề cụ thể, Rust dựa vào các contributor làm việc trên các vấn đề mà họ quan tâm.
Những thành quả lớn sẽ được tạo ra sau này trong pipeline, nhưng không có cái nào trong số này làm cho trình biên dịch Rust chậm. Bạn sẽ không tạo ra những thành quả lớn bằng cách thay đổi những thứ này.
Các cải tiến hứa hẹn nhất sẽ đòi hỏi những thay đổi cơ bản đối với kiến trúc nội bộ của trình biên dịch, có thể mất nhiều năm để thực hiện trong khi duy trì codebase hiện có. Những nỗ lực này cạnh tranh với công việc có tính thưởng ngay lập tức hơn như thêm tính năng ngôn ngữ mới hoặc sửa lỗi.
So Sánh Với Các Ngôn Ngữ Khác Làm Nổi Bật Sự Đánh Đổi
Cuộc tranh luận về tốc độ biên dịch thường tập trung vào so sánh với Go, được thiết kế rõ ràng cho biên dịch nhanh từ đầu. Go đạt được thời gian build dưới một giây cho các dự án lớn bằng cách đưa ra những lựa chọn thiết kế khác nhau, bao gồm hệ thống type đơn giản hơn và tránh các tối ưu hóa phức tạp mà Rust thực hiện. Tuy nhiên, điều này có cái giá là hiệu suất runtime và đảm bảo memory safety mà Rust cung cấp.
Các nhà phát triển C++, một cách trớ trêu, thường phжалуются về thời gian biên dịch của Rust bất chấp việc làm việc với một ngôn ngữ khét tiếng về build chậm. Sự khác biệt nằm ở các chiến lược incremental compilation - các dự án C++ có thể được cấu trúc với quản lý header cẩn thận và các đơn vị biên dịch modular, trong khi tooling hiện tại của Rust không cung cấp tính linh hoạt tương đương.
Nhóm Rust tiếp tục làm việc trên các giải pháp bao gồm backend Cranelift cho debug build nhanh hơn và cải thiện incremental compilation. Tuy nhiên, những cải tiến này đại diện cho những thay đổi tiến hóa hơn là cách mạng. Căng thẳng cơ bản giữa hiệu suất compile-time và runtime vẫn là đặc điểm xác định của ngôn ngữ, phản ánh quyết định có ý thức ưu tiên tính an toàn và tốc độ thực thi hơn tốc độ biên dịch.
Tham khảo: Why doesn't Rust care more about compiler performance?