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Lua table之弱引用

Lua采用了基于垃圾收集的内存管理机制,因此对于程序员来说,在很多时候内存问题都将不再困扰他们。然而任何垃圾收集器都不是万能的,在有些特殊情况下,垃圾收集器是无法准确的判断是否应该将当前对象清理。这样就极有可能导致很多垃圾对象无法被释放。为了解决这一问题,就需要Lua的开发者予以一定程度上的配合。比如,当某个table对象被存放在容器中,而容器的外部不再有任何变量引用该对象,对于这样的对象,Lua的垃圾收集器是不会清理的,因为容器对象仍然引用着他。如果此时针对该容器的应用仅限于查找,而不是遍历的话,那么该对象将永远不会被用到。事实上,对于这样的对象我们是希望Lua的垃圾收集器可以将其清理掉的。见如下代码:

a = {}
key = {}
a[key] = 1
key = {}
a[key] = 2
collectgarbage()
for k,v in pairs(a) do
    print(v)
end

–输出1和2

在执行垃圾收集之后,table a中的两个key都无法被清理,但是对value等于1的key而言,如果后面的逻辑不会遍历table a的话,那么我们就可以认为该对象内存泄露了。在Lua中提供了一种被称为弱引用table的机制,可以提示垃圾收集器,如果某个对象,如上面代码中的第一个table key,只是被弱引用table引用,那么在执行垃圾收集时可以将其清理。

Lua是具备自动内存管理的,我们可以只管创建对象,无须删除对象(当然,对于不要的对象你需要设置一下nil值),Lua会自动删除那些被认为是垃圾的对象。 问题就出现在,什么对象才是垃圾对象,有些时候,我们很清楚某个对象是垃圾,但是,Lua却无法发现。正如上面所述,就需要Lua的开发者予以一定程度上的配合;再比如下面这个例子:

t = {};

-- 使用一个table作为t的key值
key1 = {name = "key1"};
t[key1] = 1;
key1 = nil;

-- 又使用一个table作为t的key值
key2 = {name = "key2"};
t[key2] = 1;
key2 = nil;

-- 强制进行一次垃圾收集
collectgarbage();

for key, value in pairs(t) do
    print(key.name .. ":" .. value);
end

– 其结果输出是:

key1:1 key2:1

这很符合常理,也在我们的预计当中,虽然我们在给t赋值之后,将key1和key2都赋值为nil了。 但是,因为存在table对key1,key2的引用,已经添加到table中的key值是不会因此而被当做垃圾的。 换句话说,key1本身已经是nil值,但它曾经所指向的内容依然存放在t中。key2也是一样的情况。 所以我们最后还是能输出key1和key2的name字段。

那么,如果我们把某个table作为另一个table的key值后,希望当table设为nil值时,另一个table的那一条字段也被删除。 应该如何实现?这时候就要用到弱引用table了,弱引用table的实现也是利用了元表。

Lua中的弱引用表提供了3中弱引用模式,即key是弱引用、value是弱引用,以及key和value均是弱引用。不论是哪种类型的弱引用table,只要有一个key或value被回收,那么它们所在的整个条目都会从table中删除。

一个table的弱引用类型是通过其元表的__mode字段来决定的。如果该值为包含字符”k”,那么table就是key弱引用,如果包含”v”,则是value若引用,如果两个字符均存在,就是key value弱引用。见如下代码:

a = {}
b = {__mode = "k"}
setmetatable(a,b)
key = {}
a[key] = 1
key = {}
a[key] = 2
collectgarbage()
for k,v in pairs(a) do
    print(v)
end

–仅仅输出2

在上面的代码示例中,第一个key在被存放到table a之后,就被第二个key的定义所覆盖,因此它的唯一引用来自key弱引用表。事实上,这种机制在Java中也同样存在,Java在1.5之后的版本中也提供了一组弱引用容器,其语义和Lua的弱引用table相似。

最后需要说明的是,Lua中的弱引用表只是作用于table类型的变量,对于其他类型的变量,如数值和字符串等,弱引用表并不起任何作用。

备忘录(memoize)函数:

用“空间换时间”是一种通用的程序运行效率优化手段,比如:对于一个普通的Server,它接受到的请求中包含Lua代码,每当其收到请求后都会调用Lua的loadstring函数来动态解析请求中的Lua代码,如果这种操作过于频率,就会导致Server的执行效率下降。要解决该问题,我们可以将每次解析的结果缓存到一个table中,下次如果接收到相同的Lua代码,就不需要调用loadstirng来动态解析了,而是直接从table中获取解析后的函数直接执行即可。这样在有大量重复Lua代码的情况下,可以极大的提高Server的执行效率。反之,如果有相当一部分的Lua代码只是出现一次,那么再使用这种机制,就将会导致大量的内存资源被占用而得不到有效的释放。在这种情况下,如果使用弱引用表,不仅可以在一定程度上提升程序的运行效率,内存资源也会得到有效的释放。见如下代码:

local results = {}
setmetatable(results,{__mode = "v"}) --results表中的key是字符串形式的Lua代码
function mem_loadstring(s)
    local res = results[s]
    if res == nil then
        res = assert(loadstring(s))
        results[s] = res
    end
    return res
end

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