Golang和Lua相遇會發(fā)生什么

這篇文章主要講解了“Golang和Lua相遇會發(fā)生什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習“Golang和Lua相遇會發(fā)生什么”吧！

在 GitHub 玩耍時，偶然發(fā)現(xiàn)了 gopher-lua ，這是一個純 Golang 實現(xiàn)的 Lua 虛擬機。我們知道 Golang 是靜態(tài)語言，而 Lua 是動態(tài)語言，Golang 的性能和效率各語言中表現(xiàn)得非常不錯，但在動態(tài)能力上，肯定是無法與 Lua 相比。那么如果我們能夠?qū)⒍呓Y(jié)合起來，就能綜合二者各自的長處了（手動滑稽。

在項目 Wiki 中，我們可以知道 gopher-lua 的執(zhí)行效率和性能僅比 C 實現(xiàn)的 bindings 差。因此從性能方面考慮，這應(yīng)該是一款非常不錯的虛擬機方案。

Hello World

這里給出了一個簡單的 Hello World 程序。我們先是新建了一個虛擬機，隨后對其進行了 DoString(...) 解釋執(zhí)行 lua 代碼的操作，最后將虛擬機關(guān)閉。執(zhí)行程序，我們將在命令行看到 "Hello World" 的字符串。

package main
import (
"github.com/yuin/gopher-lua"
)
func main() {
l := lua.NewState()
defer l.Close()
if err := l.DoString(`print("Hello World")`); err != nil {
panic(err)
}
}
// Hello World

提前編譯

在查看上述 DoString(...) 方法的調(diào)用鏈后，我們發(fā)現(xiàn)每執(zhí)行一次 DoString(...) 或 DoFile(...) ，都會各執(zhí)行一次 parse 和 compile 。

func (ls *LState) DoString(source string) error {
if fn, err := ls.LoadString(source); err != nil {
return err
} else {
ls.Push(fn)
return ls.PCall(0, MultRet, nil)
}
}
func (ls *LState) LoadString(source string) (*LFunction, error) {
return ls.Load(strings.NewReader(source), "<string>")
}
func (ls *LState) Load(reader io.Reader, name string) (*LFunction, error) {
chunk, err := parse.Parse(reader, name)
// ...
proto, err := Compile(chunk, name)
// ...
}

從這一點考慮，在同份 Lua 代碼將被執(zhí)行多次（如在 http server 中，每次請求將執(zhí)行相同 Lua 代碼）的場景下，如果我們能夠?qū)Υa進行提前編譯，那么應(yīng)該能夠減少 parse 和 compile 的開銷（如果這屬于 hotpath 代碼）。根據(jù) Benchmark 結(jié)果，提前編譯確實能夠減少不必要的開銷。

package glua_test
import (
"bufio"
"os"
"strings"
lua "github.com/yuin/gopher-lua"
"github.com/yuin/gopher-lua/parse"
)
// 編譯 lua 代碼字段
func CompileString(source string) (*lua.FunctionProto, error) {
reader := strings.NewReader(source)
chunk, err := parse.Parse(reader, source)
if err != nil {
return nil, err
}
proto, err := lua.Compile(chunk, source)
if err != nil {
return nil, err
}
return proto, nil
}
// 編譯 lua 代碼文件
func CompileFile(filePath string) (*lua.FunctionProto, error) {
file, err := os.Open(filePath)
defer file.Close()
if err != nil {
return nil, err
}
reader := bufio.NewReader(file)
chunk, err := parse.Parse(reader, filePath)
if err != nil {
return nil, err
}
proto, err := lua.Compile(chunk, filePath)
if err != nil {
return nil, err
}
return proto, nil
}
func BenchmarkRunWithoutPreCompiling(b *testing.B) {
l := lua.NewState()
for i := 0; i < b.N; i++ {
_ = l.DoString(`a = 1 + 1`)
}
l.Close()
}
func BenchmarkRunWithPreCompiling(b *testing.B) {
l := lua.NewState()
proto, _ := CompileString(`a = 1 + 1`)
lfunc := l.NewFunctionFromProto(proto)
for i := 0; i < b.N; i++ {
l.Push(lfunc)
_ = l.PCall(0, lua.MultRet, nil)
}
l.Close()
}
// goos: darwin
// goarch: amd64
// pkg: glua
// BenchmarkRunWithoutPreCompiling-8         100000             19392 ns/op           85626 B/op         67 allocs/op
// BenchmarkRunWithPreCompiling-8           1000000              1162 ns/op            2752 B/op          8 allocs/op
// PASS
// ok      glua    3.328s

虛擬機實例池

在同份 Lua 代碼被執(zhí)行的場景下，除了可使用提前編譯優(yōu)化性能外，我們還可以引入虛擬機實例池。

因為新建一個 Lua 虛擬機會涉及到大量的內(nèi)存分配操作，如果采用每次運行都重新創(chuàng)建和銷毀的方式的話，將消耗大量的資源。引入虛擬機實例池，能夠復(fù)用虛擬機，減少不必要的開銷。

func BenchmarkRunWithoutPool(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
l := lua.NewState()
_ = l.DoString(`a = 1 + 1`)
l.Close()
}
}
func BenchmarkRunWithPool(b *testing.B) {
pool := newVMPool(nil, 100)
for i := 0; i < b.N; i++ {
l := pool.get()
_ = l.DoString(`a = 1 + 1`)
pool.put(l)
}
}
// goos: darwin
// goarch: amd64
// pkg: glua
// BenchmarkRunWithoutPool-8          10000            129557 ns/op          262599 B/op        826 allocs/op
// BenchmarkRunWithPool-8            100000             19320 ns/op           85626 B/op         67 allocs/op
// PASS
// ok      glua    3.467s

Benchmark 結(jié)果顯示，虛擬機實例池的確能夠減少很多內(nèi)存分配操作。

下面給出了 README 提供的實例池實現(xiàn)，但注意到該實現(xiàn)在初始狀態(tài)時，并未創(chuàng)建足夠多的虛擬機實例（初始時，實例數(shù)為0），以及存在 slice 的動態(tài)擴容問題，這都是值得改進的地方。

type lStatePool struct {
    m     sync.Mutex
    saved []*lua.LState
}
func (pl *lStatePool) Get() *lua.LState {
    pl.m.Lock()
    defer pl.m.Unlock()
    n := len(pl.saved)
    if n == 0 {
        return pl.New()
    }
    x := pl.saved[n-1]
    pl.saved = pl.saved[0 : n-1]
    return x
}
func (pl *lStatePool) New() *lua.LState {
    L := lua.NewState()
    // setting the L up here.
    // load scripts, set global variables, share channels, etc...
    return L
}
func (pl *lStatePool) Put(L *lua.LState) {
    pl.m.Lock()
    defer pl.m.Unlock()
    pl.saved = append(pl.saved, L)
}
func (pl *lStatePool) Shutdown() {
    for _, L := range pl.saved {
        L.Close()
    }
}
// Global LState pool
var luaPool = &lStatePool{
    saved: make([]*lua.LState, 0, 4),
}

模塊調(diào)用

gopher-lua 支持 Lua 調(diào)用 Go 模塊，個人覺得，這是一個非常令人振奮的功能點，因為在 Golang 程序開發(fā)中，我們可能設(shè)計出許多常用的模塊，這種跨語言調(diào)用的機制，使得我們能夠?qū)Υa、工具進行復(fù)用。

當然，除此之外，也存在 Go 調(diào)用 Lua 模塊，但個人感覺后者是沒啥必要的，所以在這里并沒有涉及后者的內(nèi)容。

package main
import (
"fmt"
lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)
const source = `
local m = require("gomodule")
m.goFunc()
print(m.name)
`
func main() {
L := lua.NewState()
defer L.Close()
L.PreloadModule("gomodule", load)
if err := L.DoString(source); err != nil {
panic(err)
}
}
func load(L *lua.LState) int {
mod := L.SetFuncs(L.NewTable(), exports)
L.SetField(mod, "name", lua.LString("gomodule"))
L.Push(mod)
return 1
}
var exports = map[string]lua.LGFunction{
"goFunc": goFunc,
}
func goFunc(L *lua.LState) int {
fmt.Println("golang")
return 0
}
// golang
// gomodule

變量污染

當我們使用實例池減少開銷時，會引入另一個棘手的問題：由于同一個虛擬機可能會被多次執(zhí)行同樣的 Lua 代碼，進而變動了其中的全局變量。如果代碼邏輯依賴于全局變量，那么可能會出現(xiàn)難以預(yù)測的運行結(jié)果（這有點數(shù)據(jù)庫隔離性中的“不可重復(fù)讀”的味道）。

全局變量

如果我們需要限制 Lua 代碼只能使用局部變量，那么站在這個出發(fā)點上，我們需要對全局變量做出限制。那問題來了，該如何實現(xiàn)呢？

我們知道，Lua 是編譯成字節(jié)碼，再被解釋執(zhí)行的。那么，我們可以在編譯字節(jié)碼的階段中，對全局變量的使用作出限制。在查閱完 Lua 虛擬機指令后，發(fā)現(xiàn)涉及到全局變量的指令有兩條：GETGLOBAL（Opcode 5）和 SETGLOBAL（Opcode 7）。

到這里，已經(jīng)有了大致的思路：我們可通過判斷字節(jié)碼是否含有 GETGLOBAL 和 SETGLOBAL 進而限制代碼的全局變量的使用。至于字節(jié)碼的獲取，可通過調(diào)用 CompileString(...) 和 CompileFile(...) ，得到 Lua 代碼的 FunctionProto ，而其中的 Code 屬性即為字節(jié)碼 slice，類型為 []uint32 。

在虛擬機實現(xiàn)代碼中，我們可以找到一個根據(jù)字節(jié)碼輸出對應(yīng) OpCode 的工具函數(shù)。

// 獲取對應(yīng)指令的 OpCode
func opGetOpCode(inst uint32) int {
return int(inst >> 26)
}

有了這個工具函數(shù)，我們即可實現(xiàn)對全局變量的檢查。

package main
// ...
func CheckGlobal(proto *lua.FunctionProto) error {
for _, code := range proto.Code {
switch opGetOpCode(code) {
case lua.OP_GETGLOBAL:
return errors.New("not allow to access global")
case lua.OP_SETGLOBAL:
return errors.New("not allow to set global")
}
}
// 對嵌套函數(shù)進行全局變量的檢查
for _, nestedProto := range proto.FunctionPrototypes {
if err := CheckGlobal(nestedProto); err != nil {
return err
}
}
return nil
}
func TestCheckGetGlobal(t *testing.T) {
l := lua.NewState()
proto, _ := CompileString(`print(_G)`)
if err := CheckGlobal(proto); err == nil {
t.Fail()
}
l.Close()
}
func TestCheckSetGlobal(t *testing.T) {
l := lua.NewState()
proto, _ := CompileString(`_G = {}`)
if err := CheckGlobal(proto); err == nil {
t.Fail()
}
l.Close()
}

模塊

除變量可能被污染外，導(dǎo)入的 Go 模塊也有可能在運行期間被篡改。因此，我們需要一種機制，確保導(dǎo)入到虛擬機的模塊不被篡改，即導(dǎo)入的對象是只讀的。

在查閱相關(guān)博客后，我們可以對 Table 的 __newindex 方法的修改，將模塊設(shè)置為只讀模式。

package main
import (
"fmt"
"github.com/yuin/gopher-lua"
)
// 設(shè)置表為只讀
func SetReadOnly(l *lua.LState, table *lua.LTable) *lua.LUserData {
ud := l.NewUserData()
mt := l.NewTable()
// 設(shè)置表中域的指向為 table
l.SetField(mt, "__index", table)
// 限制對表的更新操作
l.SetField(mt, "__newindex", l.NewFunction(func(state *lua.LState) int {
state.RaiseError("not allow to modify table")
return 0
}))
ud.Metatable = mt
return ud
}
func load(l *lua.LState) int {
mod := l.SetFuncs(l.NewTable(), exports)
l.SetField(mod, "name", lua.LString("gomodule"))
// 設(shè)置只讀
l.Push(SetReadOnly(l, mod))
return 1
}
var exports = map[string]lua.LGFunction{
"goFunc": goFunc,
}
func goFunc(l *lua.LState) int {
fmt.Println("golang")
return 0
}
func main() {
l := lua.NewState()
l.PreloadModule("gomodule", load)
    // 嘗試修改導(dǎo)入的模塊
if err := l.DoString(`local m = require("gomodule");m.name = "hello world"`); err != nil {
fmt.Println(err)
}
l.Close()
}
// <string>:1: not allow to modify table

感謝各位的閱讀，以上就是“Golang和Lua相遇會發(fā)生什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習后，相信大家對Golang和Lua相遇會發(fā)生什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！