一個簡單的 lua 對象回收再利用方案
昨天在 review 我公司一個正在開發的項目客戶端代碼時，發現了一些壞味道。
客戶端框架創建了一個簡單的對象系統，用來組織客戶端用到的對象。這些對象通常是有層級關系的，頂層對象放在一個全局集里，方便遍歷。通常，每幀需要更新這些對象，處理事件等等。
頂層每個對象下，還擁有一些不同類別的子對象，最終成為一個森林結構，森林里每個根對象都是一顆樹。對象間有時有一些引用關系，比如，一個對象可以跟隨另一個對象移動，這個跟隨就不是擁有關系。
這種設計方法或模式，是非常常見的。但是在實現手法上，我聞到了一絲壞味道。
由于類別很多，所以代碼中充斥著模仿靜態語言如 C++/C# 般的大量構造和析構函數。我一直對同事說 Lua 不是 C++ 大部分同事也認同我的觀點，但落到實處，卻逃不出過去的很多經驗。
比如在這次具體問題上，為什么要實現一套帶構造和析構函數的類別系統呢？核心驅動力是因為大部分邏輯對象是和場景關聯在一起的，并且引用了 U3D Engine 中的 C# 對象，依賴 lua 的 gc 系統去回收資源延遲太大。而往往大部分時候，我們都可以明確的知道一個對象從場景中移除，幾乎沒有別的地方在引用它，所以需要立刻釋放資源。
而臨時對象很多，設計人員又想實現一套對象的 table 再利用的方案，讓釋放掉的對象在可能的情況下，能重新在新創建對象時再利用起來，減少 lua gc 的負擔。
為了做到這點，代碼框架模仿了 C++/C# 中的常見手法，在構造函數里建立對象的層級關系（子對象有一個叫 owner 的域指向父對象），在析構函數里調用其擁有的對象的 ondestroy 函數，一級級回收。對于非擁有關系，比如前面舉例的 follow ，再給出 unfollow 函數用于解除引用。
最終的結果是，每個新的類中，都有十幾行雷同的代碼做這些枯燥的事情，而且還偶發 bug 。bug 主要出現在一些引用關系沒有解對，引用了死對象（當對象被重用時，就錯誤引用了新對象），或是不該釋放的對象被提前釋放了，等等。
我認為在代碼基中出現大量雷同的、和具體業務不相關的代碼，還分布在不同的源文件中，這是極壞的味道：因為它相當于制定了一套復雜的約定，讓開發人員遵守，而且這些機械性的代碼內聚性很低，容易出錯。
讓我們重新分析一下需求。
核心問題是：對象的頻繁生成和釋放在實際測試中已經出現了問題：過多的占用臨時內存，以及引擎內資源未能及時釋放。
圍繞這點，設計出來的框架的味道不太好，沒有充分發揮 lua 的動態特性。
而實際上，我們需要的一個工作在 lua 虛擬機中的，更小集合的對象生命期管理系統。這套系統最好是內聚性高，不要侵入真正的業務代碼，它能正確的管理對象樹和弱引用（類 follow）關系。
針對它，我重新設計了一套簡單的類型系統。這套系統支持開發人員預定義對象類型，把引用關系描述在類型定義中，并適當的留出簡單成員變量的位置。讓對象在釋放后，可以盡可能的復用數據結構，避免重復構造新的表，依賴 gc 回收臨時表。
比如在 test.lua 中我定義了這樣一個類型：
ts.foo {
_ctor = function(self, a)
self.a = a
end,
_dtor = function(self)
print("delete", self)
end,
a = 0,
b = true,
c = "hello",
f = ts.foo,
weak_g = ts.foo,
}
這個類型名叫 foo ，它描述了 a b c 三個簡單類型的成員，分別是數字、布爾量、和字符串。并定義了默認值 0 true "hello" ，它們將在構造函數之前被賦值成默認值。
其中還定義了 f 和 g 兩個引用成員。f 是一個強引用，引用類型也是 foo ；g 是一個弱引用，用 weak_ 前綴修飾。
我們可以為 foo 定義出構造函數 ctor ，這個 ctor 會傳入 table self ，使用者不必關系 self 從哪里來，到底是新構造的表，還是過去釋放的對象的表的再利用。框架會保證在 ctor 被調用前，其成員都賦值為默認值；其中的引用變量都將被賦為 false ，可以在構造函數里進一步賦值。注：這里是 false 不是 nil ，是希望可以在 self 中保留一個 slot 。
框架不會給 self 附加 metatable ，這樣對使用者最為靈活，如果需要，可以在 ctor 中加上自己需要的 metatable 。
構造 foo 類的對象可以調用 ts.foo:new(...) ，它將在框架內的 root 集內添加一個新的 foo 對象，并返回。
如果想繼續構造 foo 下的 f ，可以使用 ts[f].f(...) 。這個函數調用會調用對應的構造函數，并不需要指明構造類型，這是因為類型定義中已經指明了 foo.f 的類型。
這里使用了一個比較奇怪的語法：ts[f].f ，我們應該理解成對 f.f 的引用進行操作。這里并沒有對 foo 對象設置 metatable 來提供更漂亮的語法糖，這是因為希望把 metatable 的彈性留給使用者。而且明確寫 ts[對象].字段 可以顯示的提示這段代碼將對 “對象.字段” 的引用進行修改。
修改引用，讓其引用到一個新對象可以用 ts[f].g = f 。這會把 f 的一個弱引用賦給 f.g 。強引用也能這樣寫 ts[f].f = f 。
那么，寫 ts[f].f = ts.foo:new(...) 和寫 ts[f].f(...) 有什么區別呢？
前者通過調用 ts.foo:new 構造出一個 foo 對象，然后賦給了 f.f 。但是它會在 root 集內也添加一個這個新對象，當日后從 root 集移除 f 時，這個新對象依舊被 root 集引用。
而后者也是構造了一個新的 foo 對象賦給 f.f ，但它不會在 root 集添加這個對象，并且新對象中會自動生成一個 .owner 字段指向 f 。
如果想清除一個引用，可以寫 ts[f].f = nil 。不過再次讀 f.f 的時候，會發現值是 false 而不是 nil 。這是為了在數據結構中保持一個 slot ，也可以確保用戶加的 metatable 可以正確工作。
如果只想用讀取 f 下屬對象，就直接寫 f.f 或 f.g 即可。不過這里 g 是一個弱引用，所以通常使用前應該做一次判斷 if f.g then ... end 。
從 root 集移除一個對象，可以用 ts.delete(f) 。但是這個 delete 操作絕對不會觸發對象的終結函數 dtor ，它做的僅僅是把對象從 root 集中移除。
上面反復談到了 root 集。這是個很有用的集合，比如，你可以簡單理解為，它就是場景，而構造出來的對象都默認放在了場景中。
我們可以用 for obj in ts.each() do ... end 來遍歷這個集合，取出所有的對象處理。也可以單獨刪選一種類型的對象遍歷： for obj in ts.each(ts.foo) do ... end 。
當一些對象移除 root 集，或是對象樹內部的引用關系改變后，你可以調用 ts.collectgarbage() 來尋找哪些對象已經不再被引用，框架會用一個 mark-sweep 算法把不再被 root 集引用的對象回收再利用。在回收前，如果對象有 dtor ，也會調用。
另外，每個對象都有一個唯一的數字 id ，可以用 obj._id 獲得。及時對象被收回，id 也不會重復。所以、當你在這個系統外想引用系統內的對象時，就應該用 id 來保持一個弱引用。之后，可以通過 ts.get(id) 來轉換為真正的對象。如果對象已經被回收， ts.get 會返回 nil 。
ts.type(obj) 可以獲得一個對象的類型名字，如果對象不是這個系統內的對象，則返回 nil 。
來自：http://www.udpwork.com/item/16074.html