Lua 5.4 版於六月底發布，是這款自 1993 年問世的輕量級腳本語言第十五個主要版本。5.4 的新功能中包含了分代模式的垃圾回收器，對於會產生大量短生命週期配置的程式，效能表現更好。語言現在也支援區域變數的「屬性」，讓開發者可以將變數標記為常數（const）或將資源標記為可關閉（close）。此外，相較於 5.3 也有顯著的效能提升，以及一系列小幅度的改動。

Lua 是一款為嵌入其他應用程式而最佳化的程式語言，知名的使用者包括 Redis 與 Adobe Lightroom。它被用作許多電腦遊戲的腳本語言，其中不乏《魔獸世界》與《憤怒鳥》等大作；在2009 年針對遊戲產業的一項調查中，Lua 是最常被使用的腳本語言。Lua 適合嵌入的原因之一在於它非常小巧：在如今連最簡單的應用程式都要下載數 MB 的時代，整個 Lua 5.4 發布包（包含原始碼與文件）只有 349KB 的壓縮檔。開發者若要以預設設定建置 Lua 直譯器，只需輸入 make 並等待約五秒鐘完成編譯——產出的是獨立的 200 至 300KB 二進位檔。

主要版本的 Lua 每隔幾年才發布一次，並沒有固定的發布週期。前一個主要版本 5.3 是在五年多前的 2015 年 1 月發布，新增了獨立的整數型別（在此之前 Lua 只使用浮點數）、位元運算子、基本的 UTF-8 函式庫以及許多小功能。

語言的變更

在 Lua 5.4 中一項有趣的新功能是加入了區域變數「屬性」。在宣告區域（區塊作用域）變數時，開發者可以在變數名稱後加上 <const> 或 <close> 來賦予其該屬性。const 屬性的意義很直觀：類似 C 語言中的 const，表示指定的變數在宣告時初始化後就不能再被重新賦值。const 屬性並不會讓資料結構變成不可變：開發者仍然可以修改儲存在 const 變數中表格的內容，但不能再次對該變數名稱賦值。const 屬性提供了些許編譯時期的安全性，因為若不小心重新賦值給常數，編譯器就會報錯：

    do
        local x <const> = 42
        x = x+1
    end
    -- ERROR: attempt to assign to const variable 'x'

或許更有用（雖然語法同樣不尋常）的是 close 屬性。它會告訴 Lua 在變數離開作用域時呼叫該物件的 __close()「中介方法」。類似 C++ 中的 RAII 或 Python 中的 with 陳述式，這是一種確保記憶體被釋放、檔案被關閉或其他資源能以確定性的方式被釋放的方法。例如，內建 io.open() 函式回傳的檔案物件就可以搭配 <close> 使用：

    do
        local f <close> = io.open("/etc/fstab", "r")
        -- read from file 'f'
    end
    -- file is automatically closed here

<close> 屬性也可以用於使用者自訂的物件：

    function new_thing()
        local thing = {}
        setmetatable(thing, {
            __close = function()
                          print("thing closed")
                      end
        })
        return thing
    end

    do
        local x <close> = new_thing()
        print("use thing")
    end
    -- "thing closed" is printed here after "use thing"

過去開發者必須為此目的使用 __gc() 中介方法，但那只有在物件稍後被垃圾回收時才會被呼叫，而不是在區塊結束時就確定性地執行。

分代式垃圾回收

5.4 版也帶來了新的分代式垃圾回收（GC）模式，對於物件生命週期通常很短的特定類型程式，效能表現更好。分代式 GC——基於「多數物件很快就會消亡」的觀察——會頻繁掃描「年輕」物件，若未被參考就將其釋放，但對於較舊的物件（在一或多次 GC 掃描後仍被參考的物件）則較少掃描。有趣的是，Lua 的創造者之一 Roberto Ierusalimschy 在 2017 年指出，Lua 先前就曾有過分代式 GC：

Lua 自 5.1 起就有了漸進式垃圾回收器。分代式回收器是在 5.2 作為實驗引入，隨後在 5.3 中又被移除。它將在 5.4 中再次回歸，這次大概會留下來。

Ierusalimschy 在 2019 年的一場演講（PDF 投影片與 YouTube 影片）中更詳細地說明了漸進式 GC 的運作方式，以及為何 5.2 的分代式 GC 表現不佳，還有 Lua 團隊用什麼來取代它。在 5.2 的版本中，物件只需存活過一次 GC 週期（回收器的一輪掃描）就會被視為「老」物件，但在 5.4 中則必須存活過兩次 GC 週期，這對真實世界的 Lua 程式來說是更準確的模型。兩次週期的做法實作上更複雜，但對許多程式而言能帶來更好的 GC 效能——雖然並非全部。Ierusalimschy 指出，會建立大型資料結構的程式就不會受益。或許正是這個原因，Lua 團隊沒有更改預設值：在 5.4 中預設仍使用漸進式回收器；開發者需要在程式中加入「collectgarbage("generational")」才能啟用分代式 GC。

在 lua-l 郵件論壇上，Gé Weijers 說明了分代式 GC 及其「次要回收」（用於回收年輕物件的頻繁 GC 掃描）如何與新的 <close> 功能（過去曾稱為「toclose」）相關聯：

5.4 的垃圾回收器實作了分代模式。如果物件在次要回收中存活下來，在它變得不可存取後，可能要過非常非常久才會呼叫它的 __gc 中介方法，尤其是在你的程式大多產生短生命週期物件的情況下。這使得 __gc 作為簡易版 RAII 替代方案的實用性降低。

新的「toclose」功能對於及時釋放資源和解開鎖定要來得有用得多。

速度更快

5.4 中一項未被大力宣傳的功能是直譯器速度大幅提升，儘管發行說明中並未提及。在我於 64 位元 macOS 機器上，使用 Gabriel de Quadros Ligneul 的 Lua Benchmarks 套件所做的測試中，我發現 5.4 版在該套件包含的 11 項效能測試中，平均比 5.3 版快了 40%：

Elmar Klausmeier 的效能比較也顯示了類似的提升。誠然，這兩者都是相當人工化的效能測試——當在遊戲引擎之類的環境中使用 Lua 時，像繪圖或矩陣運算這類對效能敏感的程式碼無疑會用 C 來撰寫。即便如此，對於以數值運算為主的程式碼（這些測試大多屬於此類）而言，如此幅度的改進仍不容小覷。Dibyendu Majumdar 在 2018 年於 lua-l 郵件論壇上說明了這些改進的部分原因：5.4 新增並最佳化了數值運算的位元組碼指令，讓 Lua 的解析器在能推斷相關型別為數值時得以使用。例如，GETI 與 SETI 是兩個新的指令，用於索引為常數整數時的表格查詢。

那些需要更高執行效能的人可以使用 Mike Pall 的 LuaJIT，這是一款針對 Lua 5.1 的即時編譯器，速度遠快於官方 Lua 直譯器。然而，LuaJIT 自 5.1 版（於 2006 年發布）之後就沒有再加入任何 Lua 的新功能。由於許多具破壞性的變更，包括 5.2 中新的作用域規則以及 5.3 中新的整數型別，要跟上這些變更將會是相當艱鉅的工程。也因此，Pall 一直公開批評 Lua 團隊所做的這些不相容變更。

這似乎確實是個實際存在的問題，而不僅僅是冷僻的邊界案例：在 Lua Benchmarks 套件中的兩項測試在 5.4 中會以「C stack overflow」錯誤而失敗（但在 5.3 中運作正常），因此我在執行前必須將它們移除。ack 與 fixpoint-fact 這兩項測試會失敗，推測是因為 5.4 對遞迴尾呼叫的處理方式不同。5.4 中的多數不相容性都有文件記載，但該清單的長度仍可能為嘗試升級大型 Lua 腳本的人帶來不少困擾。我猜這就是為何像 Redis 與《魔獸世界》這類需要長期穩定性的工具，會鎖定使用特定舊版本的 Lua（這兩者都是 5.1 版）。看起來社群中似乎存在某種分歧，一部分人堅守 5.1，因為它有 JIT 編譯器，而且之後的變動相對較小。

Lua 版本之間的不相容性，可能也加劇了 Lua 缺乏統一標準函式庫的問題，LWN 曾在二月對此進行報導。如果函式庫作者在新版 Lua 推出時就得花費大量心力進行升級，他們可能就比較不會讓函式庫保持更新。這會使得有人為新版 Lua 建立分支版本，或是乾脆撰寫新函式庫的可能性更高。

較小的變更

除了較大的變更之外，Lua 5.4 還新增了許多小功能，包括使用 xoshiro256** 演算法的新亂數產生器，取代原本使用底層 C 函式庫 rand() 函式的做法。現在有了一個簡易的警告系統，會在解構器或 __close() 方法中發生錯誤時發出警告。另外也新增了讓具有「使用者資料」的 Lua 值擁有多個使用者值的能力（使用者資料是指透過 Lua C API 建立、指向記憶體區塊的指標，因此這項功能讓由 C 擴充功能建立的物件可以關聯多個記憶體區塊）。

在語意上也有一些小幅度的調整：對 for 迴圈中涉及繞回（wrap-around）的邊界案例有稍微不同的處理，以及調整整數的字串轉數值強制轉型（例如，"10"+1 在 5.4 中是整數 11，但在 5.3 中則是浮點數 11.0）。

整體而言，Lua 在其領域（嵌入至更大型的系統或應用程式中）中表現出色；5.4 版的發布顯示核心團隊仍在持續改進它。Lua 沒有明確的路線圖，因此在這個早期階段，很難知道 5.5 版計畫了哪些變更，或何時可能發布（Lua 開發者 Pierre Chapuis 甚至推測下一個版本可能是「影響非常大的變更」，並採用 6.0 的版本號）。無論如何，5.4 版的新功能對多數使用者來說可能影響不大，但效能上的提升將會是個不錯的收穫。