浅谈如何使用 github.com/yuin/gopher-lua

1、 gopher-lua 基础介绍

我们先开看看官方是如何介绍自己的：

GopherLua is a Lua5.1(+ goto statement in Lua5.2) VM and compiler written in Go. GopherLua has a same goal with Lua: Be a scripting language with extensible semantics . It provides Go APIs that allow you to easily embed a scripting language to your Go host programs.

GopherLua是一个Lua5.1（Lua5.2中的+goto语句）虚拟机和用Go编写的编译器。GopherLua与Lua有着相同的目标：成为一种具有可扩展语义的脚本语言。它提供了Go API，允许您轻松地将脚本语言嵌入到Go主机程序中。

看上面的翻译还是有点抽象，说说自己的理解。 github.com/yuin/gopher-lua 是一个纯 Golang 实现的 Lua 虚拟机，它能够很轻松的在 go 写的程序中调用 lua 脚本。另外提一嘴，使用插件后，也能够在 lua 脚本中调用 go 写好的代码。挺秀的！

接下来我们看一看， github.com/yuin/gopher-lua 的性能如何，这里就直接引用官方自己做的测试来介绍。详情见 wiki page 链接。点进链接过后，发现性能还不错，执行效率和性能仅比 C 实现的 bindings 差点。

官方测试例子是生成斐波那契数列，测试执行结果如下：

prog	time
anko	182.73s
otto	173.32s
go-lua	8.13s
Python3.4	5.84s
GopherLua	5.40s
lua5.1.4	1.71s

2、 gopher-lua 基础介绍

下面的介绍，都是基于 v1.1.0 版本进行的。

go get github.com/yuin/gopher-lua@v1.1.0

Go的版本需要 >= 1.9

2.1 gopher-lua 中的 hello world

这里写一个简单的程序，了解 gopher-lua 是如何使用的。

package mainimport (lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)func main() {// 1、创建 lua 的虚拟机L := lua.NewState()// 执行完毕后关闭虚拟机defer L.Close()// 2、加载fib.luaif err := L.DoString(`print("hello world")`); err != nil {panic(err)}}

执行结果：

hello world

看到这里，感觉没啥特别的地方，接下来，我们看一看 gopher-lua 如何调用事先写好的 lua脚本。

fib.lua 脚本内容：

function fib(n)if n < 2 then return n endreturn fib(n-1) + fib(n-2)
end

main.go

package mainimport ("fmt"lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)func main() {// 1、创建 lua 的虚拟机L := lua.NewState()defer L.Close()// 加载fib.luaif err := L.DoFile(`fib.lua`); err != nil {panic(err)}// 调用fib(n)err := L.CallByParam(lua.P{Fn:      L.GetGlobal("fib"), // 获取fib函数引用NRet:    1,                  // 指定返回值数量Protect: true,               // 如果出现异常，是panic还是返回err}, lua.LNumber(10)) // 传递输入参数nif err != nil {panic(err)}// 获取返回结果ret := L.Get(-1)// 从堆栈中扔掉返回结果// 这里一定要注意，不调用此方法，后续再调用 L.Get(-1) 获取的还是上一次执行的结果// 这里大家可以自己测试下L.Pop(1)// 打印结果res, ok := ret.(lua.LNumber)if ok {fmt.Println(int(res))} else {fmt.Println("unexpected result")}
}

执行结果：

55

从上面我们已经能够感受到部分 gopher-lua 的魅力了。接下来，我们就一起详细的学习学习 gopher-lua 。

2.2 gopher-lua 中的数据类型

All data in a GopherLua program is an LValue . LValue is an interface type that has following methods.

GopherLua程序中的所有数据都是一个LValue。LValue是一种具有以下方法的接口类型。

String() string
Type() LValueType

// value.go:29type LValue interface {String() stringType() LValueType// to reduce `runtime.assertI2T2` costs, this method should be used instead of the type assertion in heavy paths(typically inside the VM).assertFloat64() (float64, bool)// to reduce `runtime.assertI2T2` costs, this method should be used instead of the type assertion in heavy paths(typically inside the VM).assertString() (string, bool)// to reduce `runtime.assertI2T2` costs, this method should be used instead of the type assertion in heavy paths(typically inside the VM).assertFunction() (*LFunction, bool)
}

上面来自官方的介绍，接下来我们看看 gopher-lua 支持那些数据类型。

Type name	Go type	Type() value	Constants
`LNilType`	(constants)	`LTNil`	`LNil`
`LBool`	(constants)	`LTBool`	`LTrue`, `LFalse`
`LNumber`	float64	`LTNumber`	`-`
`LString`	string	`LTString`	`-`
`LFunction`	struct pointer	`LTFunction`	`-`
`LUserData`	struct pointer	`LTUserData`	`-`
`LState`	struct pointer	`LTThread`	`-`
`LTable`	struct pointer	`LTTable`	`-`
`LChannel`	chan LValue	`LTChannel`	`-`

具体的实现，大家有兴趣，可以自己去看看源码，这里就不做分析了。

那我们是如何知道 go 调用 lua 函数后，得到结果的类型呢？我们可以通过以下方式来知道：

package mainimport ("fmt"lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)func main() {// 1、创建 lua 的虚拟机L := lua.NewState()defer L.Close()// 加载fib.luaif err := L.DoFile(`fib.lua`); err != nil {panic(err)}TestString(L)
}func TestString(L *lua.LState) {err := L.CallByParam(lua.P{Fn:      L.GetGlobal("TestLString"), // 获取函数引用NRet:    1,                          // 指定返回值数量Protect: true,                       // 如果出现异常，是panic还是返回err})if err != nil {panic(err)}lv := L.Get(-1) // get the value at the top of the stack// 从堆栈中扔掉返回结果L.Pop(1)if str, ok := lv.(lua.LString); ok {// lv is LStringfmt.Println(string(str))}if lv.Type() != lua.LTString {panic("string required.")}
}

fib.lua中的代码：

function TestLString()return "this is test"
end

接下来看看指针类型是如何判断的：

lv := L.Get(-1) // get the value at the top of the stack
if tbl, ok := lv.(*lua.LTable); ok {// lv is LTablefmt.Println(L.ObjLen(tbl))
}

特别注意：

LBool , LNumber , LString 这三类不是指针类型，其他的都属于指针类型。
LNilType and LBool 这里没看懂官方在说什么，知道的可以告知下，谢谢。
lua 中，nil和false都是认为是错误的情况。nil表示一个无效值（在条件表达式中相当于false）。

大家有不明白的地方，推荐去看看官方怎么说的。

2.3 gopher-lua 中的调用堆栈和注册表大小

官方还介绍了性能优化这块的内容，我就不介绍了，大家感兴趣可以去看官方。

主要是对于我这种非科班出生的菜鸟来说，还是有点难度的，这里就不瞎说了，免得误导大家。哈哈......

一般来说，使用默认的方式，性能不会太差。对性能没有特别高的要求，也没有必要去折腾这个。

3、gopher-lua 中常用的API

3.1 lua 调用 Go 中的代码

test.lua 脚本内容：

print(double(100))

main.go 中的内容：

package mainimport ("fmt"lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)func main() {L := lua.NewState()defer L.Close()L.SetGlobal("double", L.NewFunction(Double)) /* Original lua_setglobal uses stack... */L.DoFile("test.lua")
}func Double(L *lua.LState) int {fmt.Println("coming go code.............")lv := L.ToInt(1)            /* get argument */L.Push(lua.LNumber(lv * 2)) /* push result */return 1                    /* number of results */
}

执行结果：

coming go code.............
200

上面我们已经实现了一个简单的 lua 脚本中调用 go 代码的功能。

3.2 使用Go创建模块给lua使用

上面介绍了 lua 中调用 Go中的代码，Go提供的功能不多还好，直接使用即可，但是实际项目中，既然使用到了Go和lua结合的模式，必然会存在Go提供基础功能，lua来编写业务的方式，这个时候如果还是使用上面的方式，使用起来将非常不方便。这里提供了一种方式，将Go中的功能封装成一个模块，提供给 lua 使用，这样就方便许多。

接下来我们一起看看怎么做。

mymodule.go 的内容：

package mainimport ("fmt"lua "github.com/yuin/gopher-lua"
)func Loader(L *lua.LState) int {// register functions to the tablemod := L.SetFuncs(L.NewTable(), exports)// register other stuffL.SetField(mod, "name", lua.LString("testName"))// returns the moduleL.Push(mod)return 1
}var exports = map[string]lua.LGFunction{"MyAdd": MyAdd,
}func MyAdd(L *lua.LState) int {fmt.Println("coming custom MyAdd")x, y := L.ToInt(1), L.ToInt(2)// 原谅我还不知道怎么把计算结果返回给 lua ，太菜了啦// 不过用上另外一个包后，我知道，具体看实战篇。fmt.Println(x)fmt.Println(y)return 1
}

main.go 的内容：

package mainimport lua "github.com/yuin/gopher-lua"func main() {L := lua.NewState()defer L.Close()L.PreloadModule("myModule", Loader)if err := L.DoFile("main.lua"); err != nil {panic(err)}
}

main.lua 的内容:

local m = require("myModule")
m.MyAdd(10, 20)
print(m.name)

运行 main.go 得到执行结果：

coming custom MyAdd
10      
20      
testName

3.3 Go 调用 lua 中的代码

lua 中的代码

function TestGoCallLua(x, y)return x+y, x*y
end

go 中的代码

func TestTestGoCallLua(L *lua.LState) {err := L.CallByParam(lua.P{Fn:      L.GetGlobal("TestGoCallLua"), // 获取函数引用NRet:    2,                            // 指定返回值数量,注意这里的值是 2Protect: true,                         // 如果出现异常，是panic还是返回err}, lua.LNumber(10), lua.LNumber(20))if err != nil {panic(err)}multiplicationRet := L.Get(-1)addRet := L.Get(-2)if str, ok := multiplicationRet.(lua.LNumber); ok {fmt.Println("multiplicationRet is: ", int(str))}if str, ok := addRet.(lua.LNumber); ok {fmt.Println("addRet is: ", int(str))}}

具体的可以看 xxx 中的 TestTestGoCallLua 函数。

执行结果：

multiplicationRet is:  200
addRet is:  30

3.4 lua中使用go中定义好的类型

这里我们直接使用官方的例子：

type Person struct {Name string
}const luaPersonTypeName = "person"// Registers my person type to given L.
func registerPersonType(L *lua.LState) {mt := L.NewTypeMetatable(luaPersonTypeName)L.SetGlobal("person", mt)// static attributesL.SetField(mt, "new", L.NewFunction(newPerson))// methodsL.SetField(mt, "__index", L.SetFuncs(L.NewTable(), personMethods))
}// Constructor
func newPerson(L *lua.LState) int {person := &Person{L.CheckString(1)}ud := L.NewUserData()ud.Value = personL.SetMetatable(ud, L.GetTypeMetatable(luaPersonTypeName))L.Push(ud)return 1
}// Checks whether the first lua argument is a *LUserData with *Person and returns this *Person.
func checkPerson(L *lua.LState) *Person {ud := L.CheckUserData(1)if v, ok := ud.Value.(*Person); ok {return v}L.ArgError(1, "person expected")return nil
}var personMethods = map[string]lua.LGFunction{"name": personGetSetName,
}// Getter and setter for the Person#Name
func personGetSetName(L *lua.LState) int {p := checkPerson(L)if L.GetTop() == 2 {p.Name = L.CheckString(2)return 0}L.Push(lua.LString(p.Name))return 1
}func main() {L := lua.NewState()defer L.Close()registerPersonType(L)if err := L.DoString(`p = person.new("Steeve")print(p:name()) -- "Steeve"p:name("Alice")print(p:name()) -- "Alice"`); err != nil {panic(err)}
}

官方还讲解了如何使用 go 中的context 来结束lua代码的执行，这里我就不演示了，大家自行研究。

3.5 gopher_lua 中goroutine的说明

这里直接放官方的文档，大家自行理解

The LState is not goroutine-safe. It is recommended to use one LState per goroutine and communicate between goroutines by using channels.

LState不是goroutine安全的。建议每个goroutine使用一个LState，并通过使用通道在goroutine之间进行通信。

Channels are represented by channel objects in GopherLua. And a channel table provides functions for performing channel operations.

在GopherLua中，通道由通道对象表示。通道表提供了执行通道操作的函数。这意味着，我们可以使用通道对象来创建、发送和接收消息，并使用通道表中的函数来控制通道的行为。通道是一种非常有用的并发编程工具，可以帮助我们在不同的goroutine之间进行通信和同步。通过使用GopherLua中的通道对象和通道表，我们可以轻松地在Lua代码中实现并发编程。

Some objects can not be sent over channels due to having non-goroutine-safe objects inside itself.

某些对象无法通过通道发送，因为其内部有非goroutine安全的对象。

a thread(state)
a function
an userdata
a table with a metatable

上面这四种类型就不支持往通道中发送。

package mainimport (lua "github.com/yuin/gopher-lua""time"
)func receiver(ch, quit chan lua.LValue) {L := lua.NewState()defer L.Close()L.SetGlobal("ch", lua.LChannel(ch))L.SetGlobal("quit", lua.LChannel(quit))if err := L.DoString(`local exit = falsewhile not exit do-- 这个 channel 的写法是固定的 ??channel.select({"|<-", ch, function(ok, v)if not ok thenprint("channel closed")exit = trueelseprint("received:", v)endend},{"|<-", quit, function(ok, v)print("quit")exit = trueend})end`); err != nil {panic(err)}
}func sender(ch, quit chan lua.LValue) {L := lua.NewState()defer L.Close()L.SetGlobal("ch", lua.LChannel(ch))L.SetGlobal("quit", lua.LChannel(quit))if err := L.DoString(`ch:send("1")ch:send("2")`); err != nil {panic(err)}ch <- lua.LString("3")quit <- lua.LTrue
}func main() {ch := make(chan lua.LValue)quit := make(chan lua.LValue)go receiver(ch, quit)go sender(ch, quit)time.Sleep(3 * time.Second)
}

执行结果：

received:       1
received:       2
received:       3
quit

4、gopher_lua 性能优化

下面这些内容，主要来自参考的文章，大家可以点击当 Go 遇上了 Lua 查看原文。

如果侵权，请联系删除，谢谢。

4.1 提前编译

在查看上述 DoString(...) 方法的调用链后，我们发现每执行一次 DoString(...) 或 DoFile(...) ，都会各执行一次 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)// ...
}

从这一点考虑，在同份 Lua 代码将被执行多次（如在 http server 中，每次请求将执行相同 Lua 代码）的场景下，如果我们能够对代码进行提前编译，那么应该能够减少 parse 和 compile 的开销（如果这属于 hotpath 代码）。根据 Benchmark 结果，提前编译确实能够减少不必要的开销。

package glua_testimport ("bufio""os""strings"lua "github.com/yuin/gopher-lua""github.com/yuin/gopher-lua/parse"
)// 编译 lua 代码字段
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
}// 编译 lua 代码文件
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

4.2 虚拟机实例池

看到这里的需要注意，官方提醒我们，在每个 goroutine

在同份 Lua 代码被执行的场景下，除了可使用提前编译优化性能外，我们还可以引入虚拟机实例池。

因为新建一个 Lua 虚拟机会涉及到大量的内存分配操作，如果采用每次运行都重新创建和销毁的方式的话，将消耗大量的资源。引入虚拟机实例池，能够复用虚拟机，减少不必要的开销。

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 结果显示，虚拟机实例池的确能够减少很多内存分配操作。

下面给出了 README 提供的实例池实现，但注意到该实现在初始状态时，并未创建足够多的虚拟机实例（初始时，实例数为 0），以及存在 slice 的动态扩容问题，这都是值得改进的地方。

type lStatePool struct {m     sync.Mutexsaved []*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),
}