XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение. Современные тенденции в области информационных технологий диктуют высокие требования к производительности и масштабируемости веб-приложений. С увеличением объёма данных и числа пользователей на первый план выходит вопрос выбора инструментов, позволяющих разрабатывать приложения с минимальным временем отклика, эффективно использовать аппаратные ресурсы и быстро адаптироваться к изменениям на рынке. Разнообразие доступных фреймворков и активное развитие экосистем (JavaScript, Python, .NET, Go, PHP и др.) значительно усложняют задачу выбора оптимального решения.

При этом важным фактором остаётся не только скорость выполнения кода, но и удобство разработки, поддержка сообществом, наличие полезных плагинов и расширений, а также документированность и стабильность API. Кроме того, многие популярные фреймворки и библиотеки предоставляют широкие возможности для тестирования и интеграции с внешними сервисами.

Цель исследования – провести анализ актуальных трендов в развитии фреймворков, сравнить их производительность для помощи разработчикам с выбором.

Материалы исследования

В ходе исследования были проанализированы исследования разработчиков, аналитиков, научных сотрудников и официальная документация фреймворков, а также предоставлены материалы на основе объективных метрик и результатов экспериментов, опубликованных в открытых источниках.

Результаты исследования и их обсуждение.

Под фреймворком принято понимать комплексный инструмент, обеспечивающий базовую структуру приложения и набор сервисов для решения типовых задач (маршрутизация, работа с базой данных, безопасность и т.п.). Классическим примером являются такие серверные фреймворки, как Node.js (Express.js), Django (Python), ASP.NET (C#), а также фреймворки для фронтенд-разработки (React, Angular, Vue и др.).

Библиотеки, в отличие от фреймворков, сосредоточены на решении более узких задач. Они предоставляют готовый код для повторного использования, а программист самостоятельно формирует архитектуру приложения. Примером популярных библиотек могут служить jQuery (упростившая работу с DOM-деревом в браузере) или SQLAlchemy (Python-библиотека).

В контексте данной статьи рассматриваются преимущественно бекенд-фреймворки (Express.js, Next.js, Django, Flask, ASP.NET Core, Laravel, Symfony, Yii2 и др.), а также ключевые библиотеки, используемые для повышения производительности и масштабируемости (например, кеширующие и сетевые библиотеки).

Во многих современных фреймворках наблюдается тенденция к объединению различных функций в единый пакет. Это обеспечивает разработчику целостную среду, упрощает настройку и уменьшает вероятность конфликта зависимостей. Так, на рынке JavaScript-фреймворков лидирующие позиции продолжают удерживать React, Angular и Vue, при этом активно развиваются «универсальные» платформы на базе Node.js, предоставляющие серверный рендеринг и поддержку TypeScript (NestJS и Next.js).

В экосистеме Python наряду с Django и Flask всё большую популярность набирают «микрофреймворки», позволяющие брать на себя только минимум функционала и настраивать остальное по потребностям проекта (FastAPI, Sanic и др.).

Распространение микросервисной архитектуры стимулирует разработчиков переходить на лёгкие и быстрые инструменты, которые легко интегрировать и масштабировать независимо. Такие фреймворки, как Spring Boot (Java) или ASP.NET Core, изначально адаптированы под микросервисы, обеспечивая встроенные средства для взаимодействия по HTTP/REST и т.п.

В Go-сообществе получили распространение высокопроизводительные фреймворки (Gin, Echo, Fiber), которые хорошо подходят для построения микросервисов из-за своей производительности и простоты деплоя. Аналогичные подходы реализованы и в других экосистемах (включая PHP) с опорой на контейнеризацию (Docker, Kubernetes) и облачные платформы.

В свете повышенных требований к надёжности и безопасности растёт интерес к языкам с сильной статической типизацией, в частности к TypeScript и Rust. В области JavaScript-фреймворков TypeScript стал де-факто стандартом, обеспечивающим снижение числа ошибок, связанных с неправильным использованием типов. Rust, хотя и менее распространён, привлекает разработчиков способностью выдавать высокопроизводительный и надёжный код. Фреймворки на Rust (Actix, Rocket) демонстрируют впечатляющие результаты по числу обрабатываемых запросов в секунду и времени отклика [2].

Несмотря на появление новых языков и технологий, PHP-фреймворки по-прежнему широко используются в веб-разработке благодаря их зрелости и обширным сообществам. Laravel известен удобными механизмами маршрутизации и миграциями, Symfony ценится модульностью и гибкостью, а Yii2 — быстротой разработки и продуманной архитектурой. Во многих случаях эти фреймворки остаются «де-факто» стандартом при создании контентных проектов и корпоративных решений.

Сравнение производительности и факторы, влияющие на выбор. Для объективного сравнения фреймворков обычно применяются следующие метрики [2,5]:

1. RPS (Requests Per Second) – число запросов, обрабатываемых за одну секунду.

2. Среднее время отклика (Mean Response Time) – показатель задержки между отправкой запроса и получением ответа.

3. Пиковая нагрузка (Peak Load) – способность сервиса обрабатывать максимальное количество запросов без существенной деградации качества обслуживания.

4. Потребление оперативной памяти (Memory Usage) – объём используемой оперативной памяти при заданной нагрузке.

5. Утилизация процессора (CPU Usage) – процент времени, в течение которого процессор загружен выполнением запросов.

Эти тесты зачастую проводятся в контролируемой среде, где факторы сети сведены к минимуму. Сценарии включают выполнение простых операций (например, отдача «Hello World») и более сложных действий (обращение к базе данных, реализация бизнес-логики).

Результаты сравнительного анализа

Согласно данным тестирования, опубликованным в [2], Go-фреймворки (Gin, Fiber) и Rust-фреймворки (Actix, Rocket) показывают высокие значения RPS (100–200 тыс. запросов в секунду при определённых сценариях) и низкое среднее время отклика (менее 1 мс при простом рендере), что делает их лидерами по скорости.

Node.js-фреймворки (Express.js, NestJS), хотя и уступают Go и Rust-решениям по пиковому количеству обрабатываемых запросов, занимают стабильную позицию благодаря развитой экосистеме и удобной интеграции с клиентскими решениями. Express.js, например, в среднем обрабатывает 30–50 тыс. запросов в секунду для простых сценариев [1,2].

ASP.NET Core демонстрирует конкурентоспособные результаты, обеспечивая RPS порядка 70–80 тыс. на простых операциях и показывая невысокое потребление процессорного времени благодаря оптимизациям на уровне платформы .NET. Python-фреймворки (Django, Flask, FastAPI) обычно уступают по производительности Go и .NET, однако сохраняют популярность за счёт простоты использования и широкого сообщества [1,4].

PHP-фреймворки (Laravel, Symfony) занимают «средние» позиции по скорости обработки запросов, однако в последние годы предприняты значительные усилия по оптимизации. Laravel, например, благодаря использованию современных компонентов [8] (собственные профайлеры, улучшенный механизм кеширования) показывает RPS, сравнимый со многими решениями на Node.js, особенно при использовании PHP 8+ и инструментов типа OPcache. Symfony также характеризуется высокой гибкостью и возможностью тонкой настройки, что при грамотном подходе позволяет ему обрабатывать тысячи запросов в секунду.

В целом, при росте нагрузки значительную роль начинает играть масштабирование инфраструктуры. Даже самый быстрый фреймворк потребует горизонтального масштабирования (распределения нагрузки на несколько узлов) или использования контейнеризации и облачных сервисов для обеспечения стабильной работы при повышенном трафике.

Факторы, влияющие на выбор фреймворка.

Характер проекта. Одним из ключевых факторов выбора является характер проекта. Если приоритетом выступает высокая производительность при большом количестве конкурентных запросов (например, в высоконагруженных системах реального времени), целесообразно рассмотреть Go или Rust. Для проектов, требующих быстрой разработки и простоты поддержки, часто предпочитают Python (Django или FastAPI) или JavaScript (Express.js, NestJS).

PHP-фреймворки (Laravel, Symfony, Yii2) целесообразно выбирать для проектов, где требуется быстрая реализация серверной части, наличие большого количества готовых модулей и плагинов, а также простота последующего обслуживания.

Сообщество и экосистема. Обширное сообщество и разнообразные плагины могут существенно сократить время на разработку и интеграцию внешних сервисов. Node.js славится крупнейшим репозиторием пакетов npm, Python – огромным количеством специализированных библиотек (NumPy, Pandas, SQLAlchemy), .NET – надёжной поддержкой Microsoft, а PHP-фреймворки — стабильной экосистемой и множеством готовых решений (CMS, модули e-commerce, плагины для интеграции с платёжными шлюзами и т.д.).

Высокая активность сообщества означает, что обнаруженные уязвимости обычно исправляются быстрее, а на возникающие вопросы разработчиков можно оперативно найти ответы.

Выводы

Проведённый анализ показывает, что выбор фреймворка или библиотеки во многом определяется сочетанием нескольких факторов: требуемой производительности, специфики проекта, навыков команды и развитости экосистемы. Go и Rust-решения занимают передовые места по числу обрабатываемых запросов и низкому времени отклика, что делает их востребованными в высоконагруженных проектах. Node.js-фреймворки хорошо сбалансированы между производительностью и удобством разработки, а также обеспечивают богатую экосистему. PHP-фреймворки (Laravel, Symfony, Yii2), хотя и не всегда показывают рекордные результаты в тестах, сохраняют популярность и совершенствуются благодаря крупному и активному сообществу. Они широко применяются для корпоративных решений, контентных платформ и e-commerce. Python-фреймворки, имея скромные показатели по части RPS по сравнению с Go и Rust, всё же широко распространены благодаря простоте и мощности встроенных библиотек. Платформа .NET Core показывает хорошие результаты по производительности и надёжности, что актуально для крупных корпоративных решений.

Таким образом, универсального «лучшего» фреймворка не существует; выбор определяется конкретными задачами, требованиями и компетенциями команды. Компании, работающие в условиях быстрого масштабирования, всё чаще стремятся к микросервисной архитектуре, при которой возможно комбинировать несколько различных инструментов в рамках одной системы.

Список литературы

1. Timeweb Cloud. Сравнение производительности фреймворков Node.js: опыт и результаты [Электронный ресурс] // Habr. – 2023. – URL: https://habr.com/ru/companies/timeweb/articles/856584/ (дата обращения: 06.01.2025).

2. Tuan Anh Pham. Popular Backend Frameworks Performance Benchmark [Электронныйресурс]. – 2023. – URL: https://dev.to/tuananhpham/popular-backend-frameworks-performance-benchmark-1bkh (датаобращения: 04.01.2025).

3. Сравнение JavaScript-фреймворков [Электронный ресурс] // Habr. – 2019. – URL: https://habr.com/ru/companies/dvps/articles/472874/ (дата обращения: 06.01.2025).

4. Сравнение производительности Python-фреймворков [Электронный ресурс] // Habr. – 2017. – URL: https://habr.com/ru/articles/273789/ (дата обращения: 06.01.2025).

5. Node.js vs Python: что лучше? [Электронный ресурс] // SimbirSoft. – 2022. – URL: https://www.simbirsoft.com/blog/node-js-vs-python-chto-luchshe/ (дата обращения: 07.01.2025).

6. Леонькова, И. П. Анализ методов обеспечения безопасности веб-приложений / И. П. Леонькова, А. И. Ларин. // Молодой ученый. — 2019. — № 12 (250). — С. 25-28. — URL: https://moluch.ru/archive/250/57416/ (дата обращения: 05.01.2025).

7. Зарипов, А. Р. Современные методы создания сайтов / А. Р. Зарипов. // Молодой ученый. — 2024. — № 16 (515). — С. 17-19. — URL: https://moluch.ru/archive/515/113151/ (дата обращения: 05.01.2025).

8. Букреев, Д. А. Современные веб-приложения: основные принципы и подходы к построению frontend архитектуры / Д. А. Букреев, К. Н. Коблюк // Современные проблемы геометрического моделирования и информационные технологии: материалы II Межрегиональной научно-практической конференции преподавателей и студентов, посвященной 60-летию образования Мелитопольской школы прикладной геометрии, Мелитополь, 28 мая 2024 года. – Мелитополь: Мелитопольский государственный университет, 2024. – С. 67-76. – EDN CCSCXG.