一、GC的原理及其算法設計

不同的語言，對GC算法的設計不同，常見的GC算法是引用計數和Mark-Sweep算法， c#采用的是Mark-sweep && compact算法， Lua采用的是Mark-sweep算法，分開說一下：

引用計數算法：在一個對象被引用的情況下，將其引用計數加1，反之則減1，如果計數值為0，則在GC的時候回收，這個算法有個問題就是循環引用。

Mark-sweep算法：每次GC的時候，對所有對象進行一次掃描，如果該對象不存在引用，則被回收，反之則保存。

在Lua5.0及其更早的版本中，Lua的GC是一次性不可被打斷的過程，使用的Mark算法是雙色標記算法(Two color mark)，這樣系統中對象的非黑即白，要么被引用，要么不被引用，這會帶來一個問題：在GC的過程中如果新加入對象，這時候新加入的對象無論怎么設置都會帶來問題，如果設置為白色，則如果處于回收階段，則該對象會在沒有遍歷其關聯對象的情況下被回收；如果標記為黑色，那么沒有被掃描就被標記為不可回收，是不正確的。

為了降低一次性回收帶來的性能問題以及雙色算法的問題，在Lua5.1后，Lua都采用分布回收以及三色增量標記清除算法（Tri-color incremental mark and sweep）

每個新創建的對象顏色設置為白色

//初始化階段

遍歷root節點中引用的對象，從白色置為灰色，并且放入到灰色節點列表中

//標記階段

while(灰色鏈表中還有未掃描的元素)：

從中取出一個對象，將其置為黑色

遍歷這個對象關聯的其他所有對象：

if 為白色

標記為灰色，加入到灰色鏈表中(insert to the head)

//回收階段

遍歷所有對象：

if 為白色，

沒有被引用的對象，執行回收

else

重新塞入到對象鏈表中，等待下一輪GC

二、GC的數據結構

分析Lua中對于需要GC的類型數據

define iscollectable(o) (ttype(o) >= LUA_TSTRING)

都會有一個基本的定義CommonHeader，其定義為：

image.png

next: GCObject鏈表指針，該指針用來將所有的GC對象都鏈接在一個表中；

tt: 數據類型：nil, boolean, number, string...

marked: 標記字段，byte表示的字段顏色定義為

image.png

這兒特定解釋一下為什么會有兩種白色，前面提到，5.1后的Lua采用的是三色標記算法，其實質是四色標記算法，分為0型白色和1型白色，在GC回收的時候，會設置當前的白色為其中一種，詳見globalstate中的currentwhite，這樣在代碼回收的時候，如果當前對象的白色不為currentwhite,則認為其不可回收，這樣的對象需要等到下一次的GC才能決定是否回收，具體參看后面的，會有對應的應用。對于global_state的設計為：

image.png