Lua 垃圾回收

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Lua 垃圾回收机制详解

Lua 使用自动内存管理机制，通过垃圾回收（Garbage Collection，GC）来释放不再使用的内存。以下是 Lua 垃圾回收的全面解析：

1. 垃圾回收基础

工作原理

Lua 使用标记-清除（Mark-and-Sweep）算法：

1. 标记阶段：从根对象（全局变量、栈、注册表等）出发，标记所有可达对象
2. 清除阶段：遍历所有对象，回收未被标记的对象内存

回收对象类型

• 表（table）
• 函数（function）
• 字符串（string）
• 用户数据（userdata）
• 线程（thread）

2. 控制垃圾回收

手动控制函数

-- 执行完整的垃圾回收周期
collectgarbage("collect")  -- 返回已回收内存(KB)

-- 停止自动垃圾回收
collectgarbage("stop")

-- 重启自动垃圾回收
collectgarbage("restart")

-- 执行单步垃圾回收
collectgarbage("step")  -- 返回布尔值表示是否完成

-- 获取当前内存使用量(KB)
local mem = collectgarbage("count")

-- 设置垃圾回收器暂停时间(默认200)
collectgarbage("setpause", 100)

-- 设置垃圾回收器步进倍率(默认200)
collectgarbage("setstepmul", 200)

3. 垃圾回收器参数

4. 弱表（Weak Table）

弱表是一种特殊的表，不会阻止其键/值被回收：

创建弱表

-- 键弱引用，值强引用
local weakKeys = setmetatable({}, {__mode = "k"})

-- 值弱引用，键强引用
local weakValues = setmetatable({}, {__mode = "v"})

-- 键和值都弱引用
local weakBoth = setmetatable({}, {__mode = "kv"})

使用场景

1. 缓存系统：

   local cache = setmetatable({}, {__mode = "v"})
      
   function getBigData(id)
       if cache[id] then
           return cache[id]
       end
       local data = createExpensiveData(id)
       cache[id] = data
       return data
   end
   

2. 对象属性管理：

   local properties = setmetatable({}, {__mode = "k"})
      
   function setProperty(obj, name, value)
       if not properties[obj] then
           properties[obj] = {}
       end
       properties[obj][name] = value
   end
   

5. 终结器（__gc元方法）

Lua 5.2+ 支持对象被回收时执行清理操作：

local File = {}

function File.new(filename)
    local f = {name = filename}
    setmetatable(f, {
        __gc = function(self)
            print("关闭文件:", self.name)
            -- 这里可以添加实际的清理代码
        end
    })
    return f
end

do
    local temp = File.new("test.txt")
end  -- 离开作用域后，__gc会被调用

6. 内存泄漏检测

常见泄漏场景

1. 全局变量意外创建：

   function leak()
       globalVar = "oops"  -- 意外创建全局变量
   end
   

2. 闭包保持不必要引用：

   local function createLeak()
       local bigData = getHugeData()
       return function()
           -- 即使不需要bigData，闭包也保持引用
           print("leaking")
       end
   end
   

3. 循环引用：

   local a = {}
   local b = {ref = a}
   a.ref = b  -- 循环引用
   

检测方法

-- 定期检查内存增长
local lastMem = collectgarbage("count")
setInterval(function()
    local current = collectgarbage("count")
    if current - lastMem > 100 then  -- 增长超过100KB
        print("可能的内存泄漏:", current - lastMem, "KB")
    end
    lastMem = current
end, 10)  -- 每10秒检查一次

7. 性能优化建议

1. 避免频繁创建临时表：

   -- 不好
   for i = 1, 1000 do
       local t = {x = i, y = i*2}
       process(t)
   end
      
   -- 好
   local t = {}
   for i = 1, 1000 do
       t.x, t.y = i, i*2
       process(t)
   end
   

2. 重用字符串：Lua 会内部化（intern）字符串，相同内容的字符串只存一份

3. 大内存操作后手动回收：

   processBigData()
   collectgarbage("collect")
   

4. 合理设置GC参数：

   -- 对延迟敏感的应用
   collectgarbage("setpause", 50)   -- 更频繁回收
   collectgarbage("setstepmul", 300) -- 更快回收
   

8. Lua 版本差异

Lua 的垃圾回收机制虽然自动运行，但理解其原理和调控方法对优化程序性能至关重要，特别是在内存受限或需要高性能的场景下。