Lua5.4新特性

Lua5.4已经发布正式版。这个版本在语言层面上修改的东西并不多，但是默认的GC被换成了“分代式GC”，这对于那些经常产生短期对象的程序应该会有很明显的性能提升。GC带来的负担永远是自动内存管理语言的一大痛点，如果能在这一点上取得突破，那肯定比提供更多语法糖来得有价值。

此外5.4可以指定局部变量的属性，用这样的语法：

local a <NAME> = 3

NAME可以是const或close，为const时表示const变量(const variables)，const变量可以帮助编译器作一些优化，比如下面的代码：

local a <const> = 4
local b = a + 7
print(b)

编译器会把a消除掉，直接给b赋11。这种优化是有限的，对于基本类型和字符串，能够有效减少寄存器的访问，但对于table貌似益处不大。代码文件如果需要一些数值常量，可以写成const变量，比如：

local MAX_LEN <const> = 20
function check_name(name)
    return #name <= MAX_LEN
end

在check_name中就没有upvalue的访问，而是直接转换成和20的比较。

close变量(To-be-closed Variables)需要和close元方法结合使用，在变量超出作用域时，会调用变量的close元方法，这听起来是不是有点像C++的RAII用法。下面是一个例子：

local function newlock()
    local lock = {
        acquire = function()
            print("acquire lock")
        end,
        release = function()
            print("release lock")
        end,
    }
    return lock
end

local function lockguard(lock)
    local wrap = {
        lock = lock
    }
    lock.acquire()
    return setmetatable(wrap, {__close = function(t, err)
        t.lock.release()
    end})
end

local lock = newlock()
do
    for i = 1, 3 do
        local l <close> = lockguard(lock)
        print(i)
        error("err")
    end
end

定义local l <close>后，无论是否有错误，release都能得到调用；从这个例子也可以看出，close变量一般用于需要及时释放资源的情况；否则Lua的GC可以应付大多数情况。

除了上面提到的特性，还有一些新的修改如下：

• userdata现在可以关联多个user值，C的API也有相应的修改，如果我们新建的userdata没有关联值，则尽量使用lua_newuserdatauv，这样更高效，lua_newuserdata仅仅为了兼容，且默认会关联1个值。
• math.random使用了新的算法(基于xoshiro256**)；并且会从随机的种子开始，使程序启动后第1次调用math.random会得到不同值。
• 协程库提供了新的APIcoroutine.close和lua_resetthread，coroutine.close只能在挂起或死亡状态下调用，挂起状态下会使用协程进入死亡状态，并且关闭所有的close变量。

当然这些是明面上的修改，其实内部现实作了大量的优化，使得这个版本的性能比之前提高了40%左右，下面是我在阅读代码中的一些发现：

• table的哈希node占用内存变小了，只需要24个字节；以前版本需要32个字节，这得使Lua的内存占用显著的减少。
• table优化了数组部分的实现，使得#t的效率提高了数倍之多。
• 函数原型的debug信息，优化了指令到代码行映射的内存占用，小的函数可以减少差不多3倍的内存。
• luaV_execute在GNU下使用GCC的扩展(Labels as Values)实现更快的指令分派，从而优化VM的执行效率。
• 虚拟机指令更加细化，这些细化都是为了提高VM的操作效率，比如加载指令增加了立即数的类型，这样就不必将立即数保存为常量，而是直接在指令中取就可以。具体的性能测试见这个文章。