深入 Lua Garbage Collector(二)

这一篇我们主要介绍一下 LuaGC 机制

Lua垃圾回收器函数

Lua 提供了以下函数 collectgarbage ([opt [, arg]]) 用来控制自动内存管理:

  • collectgarbage(“collect”): 做一次完整的垃圾收集循环。通过参数 opt 它提供了一组不同的功能:

  • collectgarbage(“count”): 以 K 字节数为单位返回 Lua 使用的总内存数。 这个值有小数部分,所以只需要乘上 1024 就能得到 Lua 使用的准确字节数(除非溢出)。

  • collectgarbage(“restart”): 重启垃圾收集器的自动运行。

  • collectgarbage(“setpause”): 将 arg 设为收集器的 间歇率 。 返回 间歇率 的前一个值。

  • collectgarbage(“setstepmul”): 返回 步进倍率 的前一个值。

  • collectgarbage(“step”): 单步运行垃圾收集器。 步长”大小”由 arg 控制。 传入 0 时,收集器步进(不可分割的)一步。 传入非 0 值, 收集器收集相当于 Lua 分配这些多(K 字节)内存的工作。 如果收集器结束一个循环将返回 true 。

  • collectgarbage(“stop”): 停止垃圾收集器的运行。 在调用重启前,收集器只会因显式的调用运行。

以下演示了一个简单的垃圾回收实例:

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mytable = {"apple", "orange", "banana"}

print(collectgarbage("count"))

mytable = nil

print(collectgarbage("count"))

print(collectgarbage("collect"))

print(collectgarbage("count"))  

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基本算法

基本算法就是我们之前的 Mark & Sweep

首先,系统管理着所有已经创建了的对象。每个对象都有对其他对象的引用。 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到的所有对象。而没有被访问到的对象就是垃圾对象,需要被销毁。

我们可以将所有对象分成三个状态:

①. White状态,也就是待访问状态。表示对象还没有被垃圾回收的标记过程访问到。

②. Gray状态,也就是待扫描状态。表示对象已经被垃圾回收访问到了,但是对象本身对于其他对象的引用还没有进行遍历访问。

③. Black状态,也就是已扫描状态。表示对象已经被访问到了,并且也已经遍历了对象本身对其他对象的引用

伪代码如下:

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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  

{  

    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;  

}  

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Incremental Garbage Collection

上面的算法如果一次性执行,在对象很多的情况下,会执行很长时间,严重影响程序本身的响应速度。其中一个解决办法就是,可以将上面的算法分步执行,这样每个步骤所耗费的时间就比较小了。我们可以将上述算法改为以下下几个步骤:

  1. 首先标识所有的 root 对象

  2. 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

  3. 销毁垃圾对象

在每个步骤之间,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。black对象表示已经被扫描的对象,所以他应该不可能引用到一个white对象。当程序的改变使得一个black对象引用到一个white对象时,就会造成错误。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 IGCLua 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。

在下一篇中我们将会具体的来看一看 LuaGC源码

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