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魔术堆栈

uvloop：快速的Python网络连接

作者Yury Selivanov @ 1st1
2016年5月3日

TL; DR

asyncio是Python标准库附带的异步I / O框架。在此博客文章中，我们介绍uvloop：asyncio事件循环的完整替代品。uvloop用Cython编写，并建立在libuv之上。

uvloop使asyncio更快。实际上，它至少比nodejs，gevent和任何其他Python异步框架快2倍。基于uvloop的asyncio的性能接近Go程序。

异步和uvloop

PEP 3156引入的asyncio模块是网络传输，协议和流抽象的集合，带有可插入事件循环。事件循环是异步的核心。它提供以下API：

• 安排电话
• 通过网络传输数据，
• 执行DNS查询，
• 处理操作系统信号，
• 方便的抽象来创建服务器和连接，
• 异步处理子流程。

目前，uvloop仅在* nix平台和Python 3.5上可用。

uvloop是内置asyncio事件循环的替代产品。您可以使用pip安装uvloop：

$ pip安装uvloop

在异步代码中使用uvloop很简单：

导入异步
 导入 uvloop
asyncio.set_event_loop_policy（uvloop.EventLoopPolicy（））

上面的代码片段使任何asyncio.get_event_loop()调用都返回uvloop的实例。

您还可以通过调用显式创建uvloop实例 uvloop.new_event_loop()

建筑

uvloop用Cython编写，并建立在libuv之上。

libuv是供nodejs使用的高性能，多平台异步I / O库。由于nodejs的普及和流行，libuv既快速又稳定。

uvloop实现所有异步事件循环API。高级Python对象包装了低级libuv结构和函数。继承用于保持代码DRY并确保任何手动内存管理与libuv原语的寿命保持同步。

基准测试

为了检查uvloop的性能如何与其他实现相提并论，我们创建了一个工具台来对TCP和UNIX套接字I / O以及HTTP协议的性能进行基准测试。

标有基准的服务器在带有外部负载生成工具（HTTP基准的wrk）的Docker容器中运行，该工具可以测量请求的吞吐量和延迟。

本博客文章中的所有基准测试均在3.70GHz的Intel Xeon CPU E5-1620 v2和Ubuntu Linux上运行。我们使用Python 3.5，所有服务器均为单线程。另外，我们使用GOMAXPROCS=1Go代码，nodejs不使用集群，并且所有Python服务器都是单进程的。每个基准设置TCP_NODELAY标志。

Mac OS X上的基准测试结果非常相似。

TCP协议

此基准测试了具有不同消息大小的简单回显服务器的性能。我们使用1、10和100 KiB软件包。并发级别为10。每个基准测试运行30秒。

另请参阅完整的TCP基准报告。

asynciotornadocuriotwistedcuriouvloopgeventasyncionodejsuvloopgolangstreamsstreamsstreams010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,00090,000100,000Requests / sec1 KiB10 KiB100 KiBasynciotornadocuriotwistedcuriouvloopgeventasyncionodejsuvloopgolangstreamsstreamsstreams0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4Latency (msec)1 KiB10 KiB100 KiB

关于每个职位的一些评论：

1. ASYNCIO流。asyncio及其内置的纯Python事件循环。在此基准测试中，我们测试了高级流抽象的性能。我们asyncio.create_server()用来创建将一对传递(reader, writer)给客户端协程的服务器。
2. 龙卷风。该服务器实现了一个非常简单的Tornado协议，该协议会立即将收到的所有数据发送回去。
3. 古玩流。Curio是Python aio lib块上的新手。与asyncio-streams相似，在此基准测试中，我们测试curio流，curio.make_streams()用于创建一对(reader, writer)提供高级API（例如）的流readline()。
4. 扭曲。与龙卷风类似，这里我们测试最小回波协议。
5. 古玩。此基准测试了古玩插槽的性能：sock.recv()和sock.sendall()协程的紧密循环。
6. uvloop流。与＃2一样，这里我们测试asyncio高级流的性能，但是这次是在uvloop之上。
7. gevent。我们使用gevent.StreamServergevent套接字在紧密的循环中发送/接收数据。
8. ASYNCIO。看来，香草异步反应相当快！与＃2和＃4类似，这里我们测试在纯Python异步中实现的最小回显协议的性能。
9. nodejs。我们使用net.createServerAPI在nodejs v4.2.6中测试流的性能。
10. uvloop。此基准测试了在uvloop上以异步方式实现的最小回显协议（如＃2，＃4，＃8）。有了1 KiB消息，uvloop是最快的实现，每秒高达105,000个请求！对于100 KiB消息，uvloop设法以大约2.3 GiB / s的速度运行。
11. 围棋。net.Conn.Read/Write通话紧密。Golang的性能与uvloop非常相似，对于10和100 KiB消息，性能稍好一些。

如何阅读箱形图： 99%75%50%25%min

所有基准的代码都可以在这里找到。

另请参见UNIX套接字基准测试结果。

HTTP

最初，我们想针对nodejs和Go在asyncio和uvloop上测试aiohttp。aiohttp是使用asyncio编写异步HTTP服务器和客户端的最受欢迎的框架。

另请参阅完整的HTTP基准测试报告。

但是，aiohttp的性能瓶颈竟然是其HTTP解析器，它是如此之慢，以至于底层I / O库的速度有多快都没有关系。为了使事情变得更有趣，我们为http-parser（最初为Nginx开发的nodejs HTTP解析器C库）创建了Python绑定。该库称为httptools，在Github和PyPI上可用。

对于HTTP，所有基准测试都使用wrk生成负载。并发级别设置为300。每个基准测试的持续时间为30秒。

asynciouvloopnodejsasynciogolanguvloopaiohttpaiohttphttptoolshttptools05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,000Requests / sec1 KiB10 KiB100 KiBasynciouvloopnodejsasynciogolanguvloopaiohttpaiohttphttptoolshttptools0102030405060708090100110120Latency (msec)1 KiB10 KiB100 KiB14.63

出乎意料的是，借助高性能HTTP解析器，纯Python异步比使用相同HTTP解析器的nod​​ejs更快！

Go对于1 KiB响应更快，但是uvloop + asyncio对于10/100 KiB响应明显更好。服务质量对于使用httptools的asyncio和uvloop以及Go来说都是极好的。

诚然，与其他实现不同，基于httptools的服务器非常小，并且不包含任何路由逻辑。但是，该基准测试表明了使用有效实施的协议可以实现多快的uvloop。

结论

可以肯定地得出结论，使用uvloop，可以编写Python网络代码，每个CPU内核每秒可以推送成千上万的请求。在多核系统上，可以使用进程池进一步扩展性能。

uvloop和asyncio，再加上Python 3.5 中async / await的强大功能，使使用Python编写高性能网络代码比以往任何时候都更加容易。

请尝试uvloop（github）并与我们分享您的结果！

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