Lua垃圾回收

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2.4k 词

撰写于 2018-05-25 

    <span id="post-title-updated">修改于 2018-05-25</span>
  
  
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    <a href="/categories/高级Lua/">高级Lua</a>
  
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    <a href="/tags/Lua/">Lua</a>
  
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<p>本来不想写这篇的，往浅了说，没啥意思，就是api的使用方法，往深了说，就是lua自动GC的原理，涉及到底层源码的解读，暂时没精力看。那就折中一下，说一下api的使用方法和GC的基本原理，不涉及C源码部分。</p>

Lua 垃圾回收原理

lua的垃圾回收算法称为“mark-and-sweep”，标记回收。算法本身不复杂。
首先，系统管理着所有已经创建了的对象。每个对象都有其他对象的引用。root集合代表着已知的系统级别的对象引用。我们从root集合出发，就可以访问到系统引用的所有对象。而没有访问到的对象就死垃圾对象，需要被销毁。
所有对象分成三个状态：

  1. White状态，也就是待访问的状态。表示对象还没有被GC的标记过程访问到。
  2. Gray状态，也就是待扫描的状态。表示对象已经被GC访问到，但是对象本身包含的对其他对象的引用还没有进行遍历访问。
  3. Black状态，也是已经扫描的状态。也就是该对象已经被GC访问到，并且也已经便利了对象本省包含的对其他对象的引用。
    基本思想课描述如下：
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    当前所有对象都是White状态;  
    将root集合引用到的对象从White设置成Gray，并放到Gray集合中;  
    while(Gray集合不为空)  
    {  
        从Gray集合中移除一个对象O，并将O设置成Black状态;  
        for(O中每一个引用到的对象O1) {  
            if(O1在White状态) {  
                将O1从White设置成Gray，并放到到Gray集合中；  
            }  
        }  
    }  
    for(任意一个对象O){  
        if(O在White状态)  
            销毁对象O;  
        else  
            将O设置成White状态;  
    }

但是运行GC需要消耗时间，并不是一直在执行，如果在对象很多的情况下，会影响程序的执行。解决的方法就是，将GC分步执行。

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当前所有对象都是White状态;  
将root集合引用到的对象从White设置成Gray，并放到Gray集合中;
遍历访问所有的gray对象。如果超出了本次计算量上限，退出等待下一次遍历:
while(Gray集合不为空,并且没有超过本次计算量的上限)
{ 
	从Gray集合中移除一个对象O，并将O设置成Black状态; 
	for(O中每一个引用到的对象O1) { 
		if(O1在White状态) { 
			将O1从White设置成Gray，并放到到Gray集合中； 
		} 
	} 
}
销毁垃圾对象：
for(任意一个对象O){  
    if(O在White状态)  
        销毁对象O;  
    else  
        将O设置成White状态;  
}

但是上面的执行会有一个问题，由于程序可以正常执行，所以会破坏当前对象之间的引用关系。比如说当程序的改变，使得一个标记为black的对象引用到了一个white对象，就会造成回收错误！解决这个问题的办法就是设置barrier。barrier在程序正常运行过程中，监控所有的引用改变。如果一个black对象需要引用一个white对象，存在两种处理办法：

  1. 将white对象设置成gray，并添加到gray列表中等待扫描。这样等于帮助整个GC的标识过程向前推进了一步。
  2. 将black对象该回成gray，并添加到gray列表中等待扫描。这样等于使整个GC的标识过程后退了一步。
    这种垃圾回收方式被称为”Incremental Garbage Collection”(简称为”IGC”，Lua所采用的就是这种方法。使用”IGC”并不是没有代价的。IGC所检测出来的垃圾对象集合比实际的集合要小，也就是说，有些在GC过程中变成垃圾的对象，有可能在本轮GC中检测不到。不过，这些残余的垃圾对象一定会在下一轮GC被检测出来，不会造成泄露。

Lua 垃圾回收函数

Lua垃圾回收只有一个函数collectgarbage，可以根据传入的参数，实现不同的功能。

  1. collectgarbage(“collect”): 执行垃圾回收的一个完整周期。
  2. collectgarbage(“count”): 返回当前使用的千字节的程序内存量
  3. collectgarbage(“restart”): 如果垃圾收集器已经停止，将重新启动它。
  4. collectgarbage(“setpause”): 第二个参数/100代表在开始一个新的收集周期之前要等待多久。当这个值小于等于100的时候，就代表执行完一个周期之后不会等待，直接进入下一个周期。当这个值为200的时候，就代表当内存达到上一个周期结束时的两倍的时候，再进入下一个周期。
  5. collectgarbage(“setstepmul”): 第二参数/100代表单步的速度，默认值为200，代表是内存分配速度的两倍。
  6. collectgarbage(“step”): 运行垃圾回收的一步。第二个参数是越大step也会变大。在收集的垃圾将返回true，如果触发的步骤是一个垃圾收集周期的最后一步。
  7. collectgarbage(“stop”): 停止垃圾收集器，如果它的运行。

总结：lua有自动垃圾回收的机制，如果不是特殊要求，无需手动设置和回收。