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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#採用的是Mark-sweep && compact算法， Lua採用的是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，如果計數值爲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（標記清除法）：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，要麼被引用，要麼不被引用，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麼設置都會帶來問題，如果設置爲白色，則如果處於回收階段，則該對象會在沒有遍歷其關聯對象的情況下被回收；如果標記爲黑色，那麼沒有被掃描就被標記爲不可回收，是不正確的。
爲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後，Lua都採用分佈回收以及三色增量標記清除算法（Tri-color incremental mark and sweep）
白色：可回收狀態。
詳解：如果該對象未被GC標記過則此時白色代表當前對象爲待訪問狀態。舉例：新創建的對象的初始狀態就應該被設定爲白色，因爲該對象還沒有被GC標記到，所以保持初始狀態顏色不變，仍然爲白色。如果該對象在GC標記階段結束後，仍然爲白色則此時白色代表當前對象爲可回收狀態。但其實本質上白色的設定就是爲了標識可回收。
灰色：中間狀態。
詳解：當前對象爲待標記狀態。舉例：當前對象已經被GC訪問過，但是該對象引用的其他對象還沒有被標記(新創建的引用)。
黑色：不可回收狀態。
詳解：當前對象爲已標記狀態。舉例：當前對象已經被GC訪問過，並且對象引用的其他對象也被標記了。
備註：白色分爲白1和白2。原因：在GC標記階段結束而清除階段尚未開始時，如果新建一個對象，由於其未被發現引用關係，原則上應該被標記爲白色，於是之後的清除階段就會按照白色被清除的規則將新建的對象清除。這是不合理的。於是lua用兩種白色進行標識，如果發生上述情況，lua依然會將新建對象標識爲白色，不過是“當前白”(比如白1)。而lua在清掃階段只會清掃“舊白”(比如白2)，在清掃結束之後，則會更新“當前白”，即將白2作爲當前白。下一輪GC將會清掃作爲“舊白”的白1標識對象
--標記清除法分爲四個階段
（1）標記階段：把根節點的集合(由lua語言可以直接訪問的對象組成)標記爲活躍狀態，在lua語言中，這個集合值包括註冊表，保存在一個活躍對象中的對象是程序可達的，因此也會被標記爲活躍(弱引用表中的內容除外)當所有可達對象都被標記爲活躍後
標記階段結束。
（2）清理階段：首先，lua語言會遍歷所有的被標記爲需要進行析構，但是又沒有被標記爲活躍狀態的對象。這些沒有被標記爲活躍狀態的對象會被標記爲活躍(復甦),並且被放在一個單獨的列表中，這個列表會在析構階段用到，然後，lua語言遍歷弱引用表並從中移除鍵或值未被標記的元素。
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在 Lua 5.0 以前，Lua 使用的是一個非常簡單的標記掃描算法。它從根集開始遍歷對象，把能遍歷到的對象標記爲活對象；然後再遍歷通過分配器分配出來的對象全集鏈表，把沒有標記爲活對象的其它對象都刪除。
但是，Lua 5.0 支持 userdata ，它可以有
__gc方法，當 userdata 被回收時，會調用這個方法。所以，一遍標記是不夠的，不能簡單的把死掉的 userdata 簡單剔除，那樣就無法正確的調用__gc了。所以標記流程需要分兩個階段做，第一階段把包括 userdata 在內的死對象剔除出去，然後在死對象中找回有__gc方法的，對它們再做一次標記復活相關的對象，這樣才能保證 userdata 的__gc可以正確運行。執行完__gc的 userdata 最終會在下一輪 gc 中釋放（如果沒有在__gc中復活）。 userdata 有一個單向標記，標記__gc方法是否有運行過，這可以保證 userdata 的__gc只會執行一次，即使在__gc中復活（重新被根集引用），也不會再次分離出來反覆運行 finalizer（終結器） 。也就是說，運行過 finalizer 的 userdata 就永久變成了一個沒有 finalizer 的 userdata 了。
（3）清除階段：遍歷所有的對象(lua會把所有創建的對象放在一個鏈表中)，如果一個對象沒有被標記爲活躍狀態，就將其回收，否則，就清理標記，然後準備進入下一個清理週期。
（4）析構階段：調用清理階段被分離出來的對象的析構器（我的理解就是拿到清理階段的列表，清理列表中的對象，列表只包含真正需要清理的對象，那些在弱引用表中被標記的元素已經從列表中移除，也就是有__gc 方法的對象）。
