去掉 full userdata 的 GC 元方法【转】

前些年我在 blog 上给出过一个用 lightuserdata 模拟 userdata 的 GC 过程的方法 。

如果直接使用 userdata ，那么就应该尽量直接用 lua_newuserdata 分配出整个 C 结构，且避免结构里面有额外的指针引用的内存。C 对象的构造接口用 int object_init(struct object *) 就好过 struct object * object_create() ，因为后者一般需要 lua_newuserdata 分配一个指针，再把 struct object * 放进去。这就使得你必须附加一个 gc 元方法才能保证没有内存泄露。

但有时候，有些复杂的结构不可能把整个对象放在一块连续内存中，那么还能有什么技巧呢？

我在改进 skynet 的 lua socket 库的时候，碰到了这个问题。

需求是这样的：skynet 提供了一个用 C 编写的异步 socket 库，所有 socket 请求都是通过一个消息队列分发回来的。我希望封装成 Lua 版的 api 时可以去掉这些。我需要给每个 socket 对象绑定一个数据队列，一旦有 socket 数据发进来就串在队列上，然后再逐个解析。

在 https://github.com/cloudwu/skynet/blob/master/lualib-src/lua-socket.c 里我定义了这样的数据结构：

struct buffer_node {char * msg;int sz;struct buffer_node *next;
};struct socket_buffer {int size;int offset;struct buffer_node *head;struct buffer_node *tail;
};

需要封装的是 struct socket_buffer 结构，它里面引用了一个链表 struct buffer_node 。每组 socket 数据会以 struct buffer_node 的形式从底层产生，被挂接到 struct socket_buffer 的链表中。在运行过程中，随着程序运行，处理过的 socket 数据又会被释放。

我干脆一次申请了大块内存保存多个 struct buffer_node ，暂时用不到的内存，把它们串成一个 freelist 放在 lua 的一张表中，不到 lua vm 关闭前不释放。而所有需要传入 struct socket_buffer 的地方，都再传一个存放有 freelist 的 lua table 负责管理新创建以及需要销毁的 struct buffer_node 。

如此，封装 struct buffer_node 和 struct socket_buffer 成为 lua 的 userdata 就都不需要 gc 元方法了。

当然，这个方法仅仅只是保证最终没有内存泄露，socket_buffer 依旧需要一个显式的关闭操作。这个道理跟 socket fd 需要显式关闭而不能等 GC 再关闭一样。

这个技巧还可以用于树结构的管理。就不具体展开了。

总结：把碎片结构放到一个 userdata 构成的 freelist 池中，然后从 userdata 里引用池内的结构。这样就可以避免给每个 userdata 指定 GC 方法来释放其中的链表或树节点。

把所有内存都交给 lua 去管理（这里提到的内存分配都是利用的 lua_newuserdata ，它是被 lua 管理起来的）对 GC 也更加友好。Lua 可以更清楚的了解你的程序用掉了多少内存以合理调配 GC 的进度。