Lua 內存洩露檢測原理與垃圾回收機制深度解析

Lua 內存洩露的本質

Lua 擁有自動垃圾回收（GC），理論上無傳統意義的內存洩露。此處的「洩露」指：對象已不再使用，但仍被外部引用（如全局表 _G、註冊表、metatable）導致 GC 無法回收。

例：函數內忘記 local 聲明表，導致其進入 _G，函數結束後引用仍存，GC 掃描到引用不回收。

GC 可掃描的根對象

Lua 支援 GC 的類型：string、table、function、full userdata、thread。它們的引用直接或間接保存在：

• lua_state 對象（腳本本身）
• _G 全局表
• Registry 註冊表（debug.getregistry() 可訪問）
• global_state->mt 中的 metatable（debug.getmetatable() 可訪問）

腳本層檢測流程

1. 運行前執行多次 collectgarbage("collect")，遍歷上述根對象，記錄所有可達對象的初始快照。
2. 運行目標代碼。
3. 再次強制 GC 並遍歷，對比兩次快照，新增且未被業務邏輯釋放的對象即為疑似洩露。

遍歷時的特殊處理

• table：需額外遍歷 metatable；若 metatable 有 __mode = "k"/"v"/"kv"（弱引用），對應鍵/值不阻止 GC。
• function：需遍歷 upvalues（可為任意類型）與 environment（table）。
• userdata：腳本層不可修改，僅檢查其 metatable。
• thread：獲取其主函數，按 function 處理。

弱表應用：資源洩露自動檢測

將用戶創建的資源對象放入 __mode="v" 的弱表。運行後強制 GC，若弱表中對象仍存在，說明外部有強引用，疑似洩露。

Lua GC 算法：增量標記-清掃

三色標記法：

• 白：未掃描
• 灰：已掃描，但關聯對象未掃描
• 黑：自身及關聯對象均已掃描

增量式執行，避免長時間停頓。

collectgarbage 常用選項

代碼示例：觀察局部/全局變量 GC 行為

function testLocal()
    collectgarbage("collect"); collectgarbage()
    print("初始:", collectgarbage("count"))
    local t = {} for i=1,5000 do t[i]={} end
    print("創建後:", collectgarbage("count"))
end

function testGlobal()
    collectgarbage("collect"); collectgarbage()
    print("初始:", collectgarbage("count"))
    g = {} for i=1,5000 do g[i]={} end
    print("創建後:", collectgarbage("count"))
end

testLocal(); collectgarbage(); collectgarbage(); print("Local GC後:", collectgarbage("count"))
testGlobal(); collectgarbage(); collectgarbage(); print("Global GC後:", collectgarbage("count"))
-- Local 內存歸零，Global 內存殘留（洩露）