Lua学习笔记：浅谈对垃圾回收的理解

前言

本篇在讲什么

Lua的垃圾回收

本篇适合什么

适合初学Lua的小白

本篇需要什么

对Lua语法有简单认知
依赖Sublime Text编辑器

本篇的特色

具有全流程的图文教学
重实践，轻理论，快速上手
提供全流程的源码内容

★提高阅读体验★

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♠ 概述

Lua使用自动内存管理，用户可以创建对象，而不能删除对象，解放双手，不需要对内存进行管理

部分情况下需要我们主动辅助Lua去进行垃圾回收

♠ 弱引用表

弱引用的作用就是告诉GC，回收的时候不用考虑这一部分引用，弱引用通过弱引用表来实现

弱引用表通过元表的特殊字段__mode来定义，如下所示__mode设置为k则键是弱引用，值设置为v则表值为弱引用，设置为kv则键值都是弱引用

键为弱引用的弱引用表

a = {}

mt = {__mode = "k"}
setmetatable(a, mt)

值为弱引用的弱引用表

a = {}

mt = {__mode = "v"}
setmetatable(a, mt)

键值均为弱引用的弱引用表

a = {}

mt = {__mode = "kv"}
setmetatable(a, mt)

♥ 示例

我们通过简单的例子来演示对于弱引用的垃圾回收

♣ 弱引用键

首先我们创建一个键为弱引用的表，如下述代码所示，我们简单分析一下

a = {}

mt = {__mode = "k"}
setmetatable(a, mt)

sKey    = {}
sValue  = {}

a[sKey] = sValue
sKey    = {}

-- collectgarbage()

#### <u><font color="#4B97AE" face="微软雅黑" >♦</font>
for i,v in pairs(a) do
    print(i,v)
end
#### <u><font color="#4B97AE" face="微软雅黑" >♦</font>

表a通过设置元表mt变成了一个键为弱引用的弱引用表
定义了两个空表skey和sValue，并表a设置了a[sKey] = sValue
紧随其后去重置了空表sKey = {}

若果我们不设置弱引用表，垃圾回收对结果是没有影响的，表a内包含了以sKey为键，sValue为值的一组键值对

在这里插入图片描述

设置弱引用，执行不执行垃圾回收collectgarbage，输出是如下所示的

在这里插入图片描述

看结果很显然，设置键弱引用后，表a内的键值在手动垃圾回收后都被回收掉了，我们分析一下原因，重点在下图所示的位置

在这里插入图片描述

我们为表a设置了以skey为键的一组键值对后，随即对skey进行了一次重新赋值
第一个声明的表其实已经失去了引用，因为引用它的skey已经重新赋值，新声明的表，虽然都是空表，但从内存地址来说已经不是一个表了
所以在垃圾回收的时候，作为表a键的空表已经失去了除弱引用外的所有引用，那么它就会连带着值被一起回收

在这里插入图片描述

♣ 弱引用值

弱引用值和弱引用键是一样的，在值是弱引用的情况下，如果对应值已经失去了除弱引用外的所有引用，那么在垃圾回收执行后，就会连带着键一起被回收

在这里插入图片描述

注意：只有对象可以从弱引用表中被移除，而像数字和布尔这样的“值”是不可回收

♠ 析构器

析构器是一种与对象关联的函数，当该对象即将被回收时该函数会被调用

Lua通过元方法＿gc实现析构器，如下例所示，在全局变量tbl失去引用被回收后，元方法__gc会被调用

tbl = {x ="oh shit 我无了！"} 

mt = {}
mt.__gc = function(tbl)
    print(tbl.x)
end
setmetatable(tbl, mt) 
tbl = nil

collectgarbage()

在这里插入图片描述

每一个对象的析构器都会精确运行一次如果一个对象直到程序运行结束还没有被回收，那么Lua语言就会在整个Lua拟机关闭后调用它的析构器

注意：元方法__gc是在Lua5.2版本才实现的内容

♠ 垃圾收集器

每一个垃圾收集周期由四个阶段组成：标记(mark)、清理(cleaning)、清除(sweep)和析构(finalization)

标记阶段

根结点集合标记为活跃，根结点集合由Lua语言可以直接访问的对象组成，这个集合只包括注册表，当所有能标记活跃的对象标记完后，标记结束

清理阶段

在这个阶段处理析构器和弱引用表
首先，Lua找到所有需要被析构的对象，标记为复苏状态单独存放
然后，Lua遍历弱引用表并从中移除键或值未被标记的元素

清除阶段

遍历所有对象如果一个对象没有被标记为活跃，则会被清理，之后会清除所有标记，等待下一个一个回收周期

析构阶段

Lua语言调用清理阶段被标记为复苏状态的对象的析构器

♥ 版本变化

在5.1版本之前的垃圾回收会停止主程序，待回收结束再恢复，5.1之后使用了增量式垃圾收集器，不在需要停止主程序

为了保证垃圾收集器的正确性，垃圾收集器中的有些操作具有发现危险改动和纠正所涉及对象标记的内存屏障

Lua5.2引入了紧急垃圾收集当内存分配败时，Lua会强制进行一次完整的垃圾收集，然后再次尝试分配

♠ 控制垃圾收集的步长

通过函数collectgarbage可以对垃圾收集器进行一些额外的控制，该函数实际上是几个函数的集合体，通过传递不同参数会有不通效果

参数	功能
“stop”	停止垃圾收集器，直到使用参数restart再次调用collectgarbage
“restart”	重启垃圾收集器
“collect”	执行一次完整的垃圾回收，默认这个
“step”	执行某些垃圾收集工作
“count”	kb为单位返回当前已用内存数
“setpause”	控制在一次收集完成后, 多久再开始新的一次回收
“setstepmul”	控制对于每分配1KB内存，垃圾收器应该进行多少工作