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07 | 带你快速上手 Lua

07 | 带你快速上手 Lua-极客时间

07 | 带你快速上手 Lua

2019-06-10 温铭 来自北京
《OpenResty从入门到实战》
课程介绍

讲述：温铭

时长12:01大小9.63M

你好，我是温铭。
在大概了解 NGINX 的基础知识后，接下来，我们就要来进一步学习 Lua 了。它是 OpenResty 中使用的编程语言，掌握它的基本语法还是很有必要的。
Lua 是一个小巧精妙的脚本语言，诞生于巴西的大学实验室，这个名字在葡萄牙语里的含义是“美丽的月亮”。从作者所在的国家来看，NGINX 诞生于俄罗斯，Lua 诞生于巴西，OpenResty 诞生于中国，这三门同样精巧的开源技术都出自金砖国家，而不是欧美，也是挺有趣的一件事。
回到 Lua 语言上。事实上，Lua 在设计之初，就把自己定位为一个简单、轻量、可嵌入的胶水语言，没有走大而全的路线。虽然你平常工作中可能没有直接编写 Lua 代码，但 Lua 的使用其实非常广泛。很多的网游，比如魔兽世界，都会采用 Lua 来编写插件；而键值数据库 Redis 则是内置了 Lua 来控制逻辑。
另一方面，虽然 Lua 自身的库比较简单，但它可以方便地调用 C 库，大量成熟的 C 代码都可以为其所用。比如在 OpenResty 中，很多时候都需要你调用 NGINX 和 OpenSSL 的 C 函数，而这都得益于 Lua 和 LuaJIT 这种方便调用 C 库的能力。
下面，我带你来快速熟悉下 Lua 的数据类型和语法，以便你后面更顺畅地学习 OpenResty。

环境和 hello world

我们不用专门去安装标准 Lua 5.1 之类的环境，因为 OpenResty 已经不再支持标准 Lua，而只支持 LuaJIT。这里我介绍的 Lua 语法，也是和 LuaJIT 兼容的部分，而不是基于最新的 Lua 5.3，这一点需要你特别注意。
在 OpenResty 的安装目录下，你可以找到 LuaJIT 的目录和可执行文件。我这里是 Mac 环境，使用 brew 安装 OpenResty，所以你本地的路径很可能和下面的不同：
$ ll /usr/local/Cellar/openresty/1.13.6.2/luajit/bin/luajit
lrwxr-xr-x 1 ming admin 18B 4 2 14:54 /usr/local/Cellar/openresty/1.13.6.2/luajit/bin/luajit -> luajit-2.1.0-beta3
你也可以在系统的可执行文件目录中找到它：
$ which luajit
/usr/local/bin/luajit
并查看 LuaJIT 的版本号：
$ luajit -v
LuaJIT 2.1.0-beta2 -- Copyright (C) 2005-2017 Mike Pall. http://luajit.org/
查清楚这些信息后，你可以新建一个 1.lua 文件，并用 luajit 来运行其中的 hello world 代码：
$ cat 1.lua
print("hello world")
$ luajit 1.lua
hello world
当然，你还可以使用 resty 来直接运行，要知道，它最终也是用 LuaJIT 来执行的：
$ resty -e 'print("hello world")'
hello world
上述两种运行 hello world 的方式都是可行的。不顾对我来说，我更喜欢 resty 这种方式，因为后面很多 OpenResty 的代码，也都是通过 resty 来运行的。

数据类型

Lua 中的数据类型不多，你可以通过 type 函数来返回一个值的类型，比如下面这样的操作：
$ resty -e 'print(type("hello world"))
print(type(print))
print(type(true))
print(type(360.0))
print(type({}))
print(type(nil))
'
会打印出如下内容：
string
function
boolean
number
table
nil
这几种就是 Lua 中的基本数据类型了。下面我们来简单介绍一下它们。

字符串

在 Lua 中，字符串是不可变的值，如果你要修改某个字符串，就等于创建了一个新的字符串。这种做法显然有利有弊：好处是即使同一个字符串出现了很多次，在内存中也只有一份；但劣势也很明显，如果你想修改、拼接字符串，会额外地创建很多不必要的字符串。
我们举一个例子，来说明这个弊端。下面这段代码，是把 1 到 10 这些数字当作字符串拼接起来。对了，在 Lua 中，我们使用两个点号来表示字符串的相加：
$ resty -e 'local s = ""
for i = 1, 10 do
s = s .. tostring(i)
end
print(s)'
这里我们循环了 10 次，但只有最后一次是我们想要的，而中间新建的 9 个字符串都是无用的。它们不仅占用了额外的空间，也消耗了不必要的 CPU 运算。
当然，在后面的性能优化章节，我们会有对应的方法来解决它。
另外，在 Lua 中，你有三种方式可以表达一个字符串：单引号、双引号，以及长括号（[[]]）。前面两种都比较好理解，别的语言一般也这么用，那么长括号有什么用处呢？
我们看一个具体的示例：
$ resty -e 'print([[string has \n and \r]])'
string has \n and \r
你可以看到，长括号中的字符串不会做任何的转义处理。
你也许会问另外一个问题：如果上面那段字符串中包括了长括号本身，又该怎么处理呢？答案很简单，就是在长括号中间增加一个或者多个 = 符号：
$ resty -e 'print([=[ string has a [[]]. ]=])'
string has a [[]].

布尔值

这个很简单，true 和 false。但在 Lua 中，只有 nil 和 false 为假，其他都为真，包括 0 和空字符串也为真。我们可以用下面的代码印证一下：
$ resty -e 'local a = 0
if a then
print("true")
end
a = ""
if a then
print("true")
end'
这种判断方式和很多常见的开发语言并不一致，所以，为了避免在这种问题上出错，你可以显式地写明比较的对象，比如下面这样：
$ resty -e 'local a = 0
if a == false then
print("true")
end
'

数字

Lua 的 number 类型，是用双精度浮点数来实现的。值得一提的是，LuaJIT 支持 dual-number（双数）模式，也就是说， LuaJIT 会根据上下文来用整型来存储整数，而用双精度浮点数来存放浮点数。
此外，LuaJIT 还支持长长整型的大整数，比如下面的例子：
$ resty -e 'print(9223372036854775807LL - 1)'
9223372036854775806LL

函数

函数在 Lua 中是一等公民，你可以把函数存放在一个变量中，也可以当作另外一个函数的入参和出参。
比如，下面两个函数的声明是完全等价的：
function foo()
end
和
foo = function ()
end

table

table 是 Lua 中唯一的数据结构，自然非常重要，所以后面我会用专门的章节来介绍它。我们可以先来看一个简单的示例代码：
$ resty -e 'local color = {first = "red"}
print(color["first"])'
red

空值

在 Lua 中，空值就是 nil。如果你定义了一个变量，但没有赋值，它的默认值就是 nil：
$ resty -e 'local a
print(type(a))'
nil
当你真正进入 OpenResty 体系中后，会发现很多种空值，比如 ngx.null 等等，我们后面再细聊。
Lua 的数据类型，我主要就介绍这么多，先给你打个基础。一些需要重点掌握的内容，后面的文章中我们都会继续学习。在练习、使用中学习，永远是吸收新知识最便捷的方式。

常用标准库

很多时候，我们学习一门语言，其实就是在学习它的标准库。
Lua 比较小巧，内置的标准库并不多。而且，在 OpenResty 的环境中，Lua 标准库的优先级是很低的。对于同一个功能，我更推荐你优先使用 OpenResty 的 API 来解决，然后是 LuaJIT 的库函数，最后才是标准 Lua 的函数。
OpenResty的API > LuaJIT的库函数 > 标准Lua的函数，这个优先级后面会被反复提及，它不仅关系到是否好用这一点，更会对性能产生非常大的影响。
不过，尽管如此，在实际的项目开发中，我们还是不可避免会用到一些 Lua 库。这里，我挑选了几个比较常用的标准库做下介绍，如果你想要了解更多内容，可以查阅 Lua 的官方文档。

string 库

字符串操作是我们最常用到的，也是坑最多的地方。有一个简单的原则，那就是如果涉及到正则表达式的，请一定要使用 OpenResty 提供的 ngx.re.* 来解决，不要用 Lua 的 string.* 处理。这是因为，Lua 的正则独树一帜，不符合 PCRE 的规范，我相信绝大部分工程师是玩不转的。
其中 string.byte(s [, i [, j ]])，是比较常用到的一个 string 库函数，它返回字符 s[i]、s[i + 1]、s[i + 2]、······、s[j] 所对应的 ASCII 码。i 的默认值为 1，即第一个字节，j 的默认值为 i。
下面我们来看一段示例代码：
$ resty -e 'print(string.byte("abc", 1, 3))
print(string.byte("abc", 3)) -- 缺少第三个参数，第三个参数默认与第二个相同，此时为 3
print(string.byte("abc")) -- 缺少第二个和第三个参数，此时这两个参数都默认为 1
'
它的输出为：
979899
99
97

table 库

在 OpenResty 的上下文中，对于 Lua 自带的 table 库，除了 table.concat 、table.sort 等少数几个函数，大部分我都不推荐使用。至于它们的细节，我们留在 LuaJIT 章节中专门来讲。
这里我简单提一下table.concat 。table.concat一般用在字符串拼接的场景下，比如下面这个例子。它可以避免生成很多无用的字符串。
$ resty -e 'local a = {"A", "b", "C"}
print(table.concat(a))'

math 库

Lua math 库由一组标准的数学函数构成。数学库的引入，既丰富了 Lua 编程语言的功能，同时也方便了程序的编写。
在 OpenResty 的实际项目中，我们很少用 Lua 去做数学方面的运算，不过其中和随机数相关的 math.random() 和 math.randomseed() 两个函数，倒是比较常用，比如下面的这段代码，它可以在指定的范围内，随机地生成两个数字。
$ resty -e 'math.randomseed (os.time())
print(math.random())
print(math.random(100))'

虚变量

了解了这些常见的标准库，接下来，我们再来学习一个新的概念——虚变量。
设想这么一个场景，当一个函数返回多个值的时候，有些返回值我们并不需要，这时候，应该怎么接收这些值呢？
不知道你是怎么看待这件事的，起码对我来说，要想法设法给这些用不到的变量，去赋予有意义的名字，着实是一件很折磨人的事情。
还好， Lua 中可以完美地解决这一点。Lua 提供了一个虚变量（dummy variable）的概念， 按照惯例以一个下划线来命名，用来表示丢弃不需要的数值，仅仅起到占位的作用。
下面我们以 string.find 这个标准库函数为例，来看虚变量的用法。这个标准库函数会返回两个值，分别代表开始和结束的下标。
如果我们只需要获取开始的下标，那么很简单，只声明一个变量来接收 string.find 的返回值即可：
$ resty -e 'local start = string.find("hello", "he")
print(start)'
1
但如果你只想获取结束的下标，那就必须使用虚变量了：
$ resty -e 'local _, end_pos = string.find("hello", "he")
print(end_pos)'
2
除了在返回值里使用，虚变量还经常用于循环中，比如下面这个例子：
$ resty -e 'for _, v in ipairs({4,5,6}) do
print(v)
end'
4
5
6
而当有多个返回值需要忽略时，你可以重复使用同一个虚变量。这里我就不举例子了，你可以试着自己写一个这样的示例代码吗？欢迎你把代码贴在留言区里和我分享、交流。

写在最后

今天，我们一起快速地学习了标准 Lua 的数据结构和语法，相信你对这门简单精巧的语言已经有了初步的了解。下节课，我会带你了解 Lua 和 LuaJIT 的关系，LuaJIT 更是 OpenResty 中的重头戏，值得我们深入挖掘。
最后，我想再为你留下一道思考题。
还记得这节课讲 math 库时，学过的这段代码吗？它可以在指定范围内，随机生成两个数字。
$ resty -e 'math.randomseed (os.time())
print(math.random())
print(math.random(100))'
不过，你可能注意到了，这段代码是用当前时间戳作为种子的，那么这种方法是否有问题呢？又该如何生成好的种子呢？要知道，很多时候我们生成的随机数其实并不随机，并且有很大的安全隐患。
欢迎在留言区来说说你的看法，也欢迎你把这篇文章转发给你的同事、朋友。我们一起交流、一起进步。
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提建议

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 写留言

精选留言(25)

  • HelloBug
    2019-06-11
    网上有种设置随机数种子的方法： math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 6)) 即将时间值转换为字符串，然后将字符串倒序，然后取其前六位作为种子。之所以这样做的原因是因为当时间变化很小的时候，产生随机数的序列很相似。所以通过这种方法使得即使时间变化很小，由于reverse操作，时间的高位变成低位，低位变成高位，随机数种子的值变化会很大。 关于这种做法有以下两个问题： 1.当前执行os.time()打印的时间是1560251897，总共十位。认为函数中使用sub(1, 6)这里取前6位的中的6并不是一个固定的值，而且并没有什么意义，直接使用math.randomseed(tostring(os.time()):reverse())就能达到想要的效果。难道有其他我没有想到的原因？ 2.这样的做法并不能阻止在同一秒内产生相同的随机数序列，如执行以下代码： math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 6)) print(math.random()) print(math.random()) math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 6)) print(math.random()) print(math.random()) 输出结果是： 0.49256881466135 0.0046852543018758 0.49256881466135 0.0046852543018758 另一种说法是对计算机的一些操作，如键盘、鼠标操作，会产生一些随机数，这些随机数叫熵。用户可以通过读取/dev/random和/dev/urandom文件来获取这些随机数。只不过读取/dev/random时，如果文件里的熵不足时会阻塞。读取/dev/urandom时，不会阻塞，但不能保证是合适的数据（熵不足时怎么处理未测试）。关于熵的还有其他相关知识，如通过操作鼠标、键盘等可以产生熵，通过cat /proc/sys/kernel/random/entropy_avail操作可以查看有多少熵可以用等。 这样的话，通过读取/dev/urandom设置随机数种子，是一种方法，但觉得这种文件读取操作，效率太低。 另外看留言里有人说通过系统调用，利用芯片电磁噪声来生成随机数。没有搜到是哪个系统调用。
    展开

    作者回复: 很详细了。如果有加密的需求，从 /dev/random 和 /dev/urandom 读取会更安全，毕竟只是 init 的时候读取一次。

    共 2 条评论
    19
  • HelloBug
    2019-06-11
    返回三个变量，前两个变量重复使用同一个虚变量的例子： resty -e 'local function sum(a, b) return a, b, a + b end local _, _, result = sum(1, 2) print(result)' os.time返回当前时间的秒数，如果在同一秒内设置当前时间秒数为种子，然后执行随机数生成函数，产生的随机数序列是一样的。如： resty -e 'math.randomseed(os.time()) print(math.random()) print(math.random()) math.randomseed(os.time()) print(math.random()) print(math.random())' 输出结果是： 0.71251659032569 0.36755092546457 0.71251659032569 0.36755092546457 可以看到两次产生的随机数序列相同。
    展开

    作者回复: 👍

    6
  • 一步
    2019-06-10
    明白了， os.time 是秒级别的，如果短时间运行多次会出现相同的随机数

    作者回复: 是的，没错

    5
  • 叫我图图就可以了
    2019-06-10
    种子会出现相同的,简单的做法可以用GUID或者UUID之类的做种子吧.

    作者回复: uuid 本身也是先有种子，然后通过随机数生成的。

    4
  • John
    2019-06-11
    请问一下老师，如果我在init_by_lua 中引入某个模块，不加local，作为全局变量，是不是说这个模块就可以在以后rewrite,access 等阶段直接拿来使用？这样做相比较于在各个阶段自己引入模块，是否减少了require的次数，提高了性能？

    作者回复: 不会提高性能，模块在单个 worker 中只会加载一次，和是否加了 local 无关。设置为全局变量，很容易出错，比如重名什么的。在OpenResty 中建议所有变量都 local。

    3
  • Rye
    2019-06-11
    机器名+进程ID+线程ID+毫秒时间戳做种子
    3
  • WL
    2019-06-10
    请问一下老师我这边luajit -v 和 opm -v 都提示命令找不到, openresty的版本是openresty/1.15.8.1, 想问下这种请情况是啥原因, 应该咋解决
    共 2 条评论
    2
  • mz
    2019-06-10
    我怎么感觉 go 语言那个不需要的返回值的写法就是借鉴的 lua 虚变量
    共 1 条评论
    2
  • Surjur
    2020-04-22
    温老师，您好：我在看luajit和lua区别的时候有些疑问： 1. luajit编译生成的机器码是一直保存在内存里的吗？ 2. 一般线上环境，提高性能，lua_code_cache是开启的，所以如果lua代码有改动，需要reload nginx，新的代码才能生效，那一旦reload了，之前编译好的机器码还存在吗？ 3. luajit vm之所以相对lua vm高效，是因为一些热代码少了字节码转机器码的过程，因为已经有编译生成了机器码，直接执行机器码即可，是这样吗？
    展开
    2
  • nicknick
    2019-11-29
    所谓的虚变量就是一个普通的变量，没有任何特殊之处，只不过是不用它的值而已，单独拿出来做一个概念是否有必要
    2
  • JoyZ
    2022-09-01 来自湖北
    老师，请问下我通过openresty在lua代码里print(9223372036854775807LL - 1)这样为什么报错呢？ 提示： bad argument #1 to 'print' (string, number, boolean, or nil expected, got cdata) 只有转tostring后这样print(tostring(9223372036854775807LL - 1))才能正确打印
  • Leo
    2021-12-01
    刚开始学lua脚本的时候，很不习惯，一个函数能同时返回多个变量，等后来发现挺方便的，易于扩展
    1
  • 红鲤鱼与绿鲤鱼与驴ba...
    2019-12-16
    老师您好，在 Lua 中，有三种方式可以表达一个字符串：单引号、双引号，以及长括号（[[]]），那单引号和双引号之前有什么区别呢
  • 刀斧手何在
    2019-10-06
    老师，有个问题请教一下。我的代码大概是这样的。 ``` ngx.req.read_body() -- 解析 body 参数之前一定要先读取 body local arg = ngx.req.get_post_args() --ngx.say(type(arg)) ngx.print(arg) ``` 然后ngx.say的时候arg是table类型。ngx.print我看文档是说支持打印table的https://github.com/openresty/lua-nginx-module#ngxprint。但是我 ngx.print(arg)就会报错。 error-log是这样的。 ``` 2019/10/06 10:57:27 [error] 42634#1017147: *50 lua entry thread aborted: runtime error: /Users/fang/Code/lua_test/lua_script/params.lua:9: bad argument #1 to 'print' (non-array table found) stack traceback: coroutine 0: [C]: in function 'print' /Users/fang/Code/lua_test/lua_script/params.lua:9: in main chunk, client: 127.0.0.1, server: localhost, request: "POST /print_params HTTP/1.1", host: "localhost" ``` 提示参数出错 no array or table found 。 那么这个 arg 到底是不是一个table
    展开
    共 1 条评论
  • 岁月如歌
    2019-07-13
    思考题：使用系统时间戳作为种子 在分布式环境中机器的时间不一致 导致可能产生的种子是一样的 进而可能导致随机数不再随机。 解决的防止可以使用统一的时间机器 而非 各自机器的时间。 这个问题跟生产唯一性分布式ID有点关联
  • 夏天的风
    2019-07-03
    请问一下windows上怎么运行resty，我看用luajit a.lua是可以成功的，用luajit -e 'print("hello")' 会报错，用resty -e 'print("hello")' 也会报同样的错误。 D:\lua>luajit -e 'print("hello")' luajit: (command line):1: unexpected symbol near ''print(hello)'' D:\lua>luajit a.lua hello world
    展开

    作者回复: 推荐在 Linux 环境运行专栏的代码，Windows 上OpenResty 自己也是功能受限的。

  • wusiration
    2019-06-18
    秒级的os.time在短时间调用中，random函数会以相同的随机种子产生相同的随机数
  • 小飞哥 ‍超級會員
    2019-06-16
    localhost: /usr/local/opt/openresty> ll /usr/local/Cellar/openresty/1.15.8.1/luajit/bin/luajit lrwxr-xr-x 1 yuesf admin 18 6 12 07:04 /usr/local/Cellar/openresty/1.15.8.1/luajit/bin/luajit -> luajit-2.1.0-beta3 localhost: /usr/local/opt/openresty> luajit -v -bash: luajit: command not found luajit 是不是存在， 为什么 执行luajit 命令说不存在
    展开
    共 2 条评论
  • 小飞哥 ‍超級會員
    2019-06-16
    为什么我这里没有luajit？ localhost: ~> whicht luajit -bash: whicht: command not found localhost: ~> which luajit localhost: ~> luajit -v -bash: luajit: command not found localhost: ~> 是否我安装有问题 localhost: /usr/local/opt/openresty> pwd /usr/local/opt/openresty localhost: /usr/local/opt/openresty> openresty -v nginx version: openresty/1.15.8.1 localhost: /usr/local/opt/openresty>
    展开

    作者回复: luajit 在 /usr/local/openresty/luajit/ 目录中，避免污染系统的 luajit

  • chengzise
    2019-06-10
    1. 用当前时间戳作为种子的，是通用做法没有什么大问题。这种方式利用的是随机数生成函数，随机数重复周期很长而已，不能算是完全随机。 大多数使用环境没什么问题。 2. 在要求严格随机数环境中，例如：加解密算法。可以使用系统提供的随机数接口，这种方式利用的是芯片电磁噪声来生成随机数。由于需要经过系统调用，理论上速度没有第一种方式快。 可以根据需要选择哪种方式。
    展开

    作者回复: 就是要有足够的熵