Lua 对象池

概述

Lua 对象池通过预分配并复用 table 对象来减少 GC 压力，适用于游戏中高频创建/销毁的临时对象（子弹、粒子、特效）。

关键内容

核心问题：Lua GC 压力

Lua 使用增量式垃圾回收。高频 {} 创建会产生大量短命 table，触发 GC 步进时引起帧率毛刺。对象池通过回收复用对象绕过 GC。

基础对象池实现

local ObjectPool = {}
ObjectPool.__index = ObjectPool

function ObjectPool.new(factory, reset, maxSize)
    return setmetatable({
        _factory = factory,   -- 创建新对象的函数
        _reset   = reset,     -- 归还时重置对象状态的函数
        _pool    = {},        -- 空闲对象列表
        _maxSize = maxSize or 128,
    }, ObjectPool)
end

function ObjectPool:acquire(...)
    local obj = table.remove(self._pool)  -- O(1) 从尾部取
    if obj then
        return obj
    end
    return self._factory(...)
end

function ObjectPool:release(obj)
    if #self._pool < self._maxSize then
        self._reset(obj)
        table.insert(self._pool, obj)  -- 归还到尾部
    end
    -- 超过上限则抛弃，让 GC 回收
end

return ObjectPool

使用示例

local bulletPool = ObjectPool.new(
    function() return {x=0, y=0, vx=0, vy=0, alive=false} end,
    function(b) b.x=0; b.y=0; b.vx=0; b.vy=0; b.alive=false end,
    256
)

-- 发射子弹
local b = bulletPool:acquire()
b.x, b.y, b.vx, b.vy, b.alive = px, py, vx, vy, true

-- 子弹死亡
bulletPool:release(b)

GC 调优参数

除对象池外，可通过 collectgarbage 调整 GC 行为：

-- 降低 GC 步进频率（pause 值越大，GC 越少触发）
collectgarbage("setpause", 200)   -- 默认 200，可调大至 400
-- 降低 GC 单步消耗
collectgarbage("setstepmul", 100) -- 默认 200，调小减少单次停顿
-- 手动在帧末做一小步
collectgarbage("step", 1)

热路径局部化

对象池之外，还应将高频访问的全局变量局部化：

-- 热路径前缓存为局部变量，避免每次走全局 _G 查找
local sin, cos, sqrt = math.sin, math.cos, math.sqrt

LuaJIT 下的注意事项

LuaJIT 的 JIT 编译器对循环内频繁创建 table 有特殊处理，但对象池仍然有效减少 GC 压力。FFI（Foreign Function Interface）可进一步绕过 Lua GC，直接分配 C 内存。

常见陷阱

reset 不彻底：归还时未清除所有字段，旧数据污染新的使用
pool 持有引用阻止 GC：池中对象引用了外部重型资源（纹理、socket），即使"空闲"也不会被 GC 回收
超出 maxSize 的对象静默丢弃：release 超限时对象被抛弃，调用方不应再持有引用

来源

raw/articles/programming/lua/lua-skill/SKILL.md — Lua 专家技能文档，scripts/object_pool.lua 模板及 GC 调优、热路径优化要点