Lua

1993년에 개발된 프로그래밍 언어. 브라질 리우데자네이루의 교황청대학교에서 호베르투 예루잘링스키[1] 및 2명이 공동제작했으며 이름도 달을 의미하는 포르투갈어 단어에서 따왔다. 스크립트 언어를 하나의 목적으로 가지고 있기 때문에 굉장히 작고 가벼운 인터프리터형 언어이다. 현재 안정버전은 5.4이다.

태생 자체가 C/C++ 프로그램 내부에 포함(embed)시키기 매우 쉬운 깔끔한 문법의 가벼운 스크립트 언어를 목표로 개발되었다. 교황청대학교 컴퓨터 그래픽 기술 연구소(Tecgraf)에서 내부적으로 개발해서 사용하던 기존의 데이터 처리용 스크립팅 언어 SOL과 DEL의 한계를 극복할 더 강력한 언어가 요구되었다고 한다.[2]

인터프리터(또는 후술한 JIT 컴파일러)의 용량이 일백 수십KB[3] 정도로 작고 굉장히 빠르다. 그 흔한 정수도 없을 정도로[4] 굉장히 적은 수의 데이터형만을 지원하긴 하지만 그만큼 가볍다. 다양한 프로그램에 쉽게 붙일 수 있는 이유도 용량과 속도의 부담이 적기 때문. 그러면서도 다양한 패러다임을 가지고 있는데, 절차적으로도, 객체지향적으로도, 함수형으로도 이용할 수 있다.

언어의 문법이 굉장히 단순한 편이다. 다만, C 스타일의 언어들과 비교했을 때 다른 점이 많다는 것이 특징이다.

다른 언어의 배열과는 다르게 다양한 자료형을 키로 사용가능한데, 이것을 가지고 단순한 구조체, 배열 뿐만 아니라 객체, 클래스, 인터페이스 등을 다 구현해 낼 수 있다. 사실 Lua의 테이블은 단순히 저장하는 것이 아니라 메타테이블과 같이 써서 테이블에 기능을 붙일 수 있기 때문이다. 그래서 Lua를 잘 다루려면 테이블과 메타테이블을 잘 다룰 수 있어야 한다.

Lua도 일단은 함수형 프로그래밍이 어느정도 된다. 함수를 익명함수로 생성할 수도 있고 전달할 수도 있다(JavaScript에서 지원하는 정도와 비슷하다). 그리고 사실 파일로 저장해서 불러오는 스크립트 자체가 함수다. 대신 성능을 위해서 스택의 크기가 고정되어 있기 때문에 어떤 함수든지 지역변수를 255개 이상 만들 수가 없다. 대신 전역범위에 저장하는 _G라는 테이블이 존재한다.

클로저와 익명함수를 지원한다.[8]

중요한 Lua 커뮤니티 파편화가 시작되었다. Lua 5.3버전이 64비트 부동소수점 타입[9]을 명확히 지원하기 위해서 정수형 타입을 도입한 것이 기존의 Lua코드와 호환성 문제를 일으키게 된 것이다.[10] 게다가 LuaJIT을 개발하고 사실상 혼자 유지보수하던 Mike Pall이 앞의 정수형 문제와 기타 몇 가지 이유를 더 들어 5.3 버전을 공개적으로 크게 비판하고 LuaJIT은 Lua 5.1까지만 지원하고 자신은 더이상 개발에 관여하지 않겠다고 선언해서 문제가 매우 복잡해졌다.[11] 때문에 LuaJIT에 의존해 성능 향상을 꾀하던 대다수의 Lua 라이브러리가 Lua 5.1까지만 지원하고 후속 개발이 진행되지 않는 사태에 이르렀다. 현재 Lua 커뮤니티는 순정 5.3 인터프리터로도 충분한 상황의 개발자와, LuaJIT과 기타 라이브러리가 꼭 필요한 개발자들로 양분되어버렸다. 파이썬이 파이썬2와 파이썬3로 나뉘어 파편화가 진행되어 10년이 지난 지금까지 해결이 되지 않은 것과 비견된다.

Lua의 JIT 컴파일러며, 여타 프로그래밍 언어의 JIT보다 더 우수한 성능을 보여준다. 주로 V8와 비교되는데, 자료구조 성능을 제외하면 전반적으로 Lua 쪽이 성능이 더 좋다. Python, Ruby와 비교해도 수십배 정도가 더 빠르다.

JavaScript와 Lua는 문법과 패러다임이 90% 이상 비슷한 사촌언어격이지만 JIT 성능의 구현 측면에 있어서는 JavaScript가 가진 문법 일부가 성능 향상에 약점으로 작용한다고 한다. 참조 또한 메모리 사용량에 있어서 LuaJIT이 더 나은 최적화를 보여주고 있다. 따라서 Node.js를 LuaJIT 기반으로 다시 작성한 Luvit이라는 프로젝트가 활성화되었다.

홈페이지에 따르면 인터프리터를 손수 어셈블리어로 작성했으며, 이미 상당한 수준의 최적화가 되어있다고 한다. Python의 JIT 컴파일러인 PyPy가 자기 자신으로 JIT을 구현하는 것과 대조되는 부분. Lua가 그나마 단순한 언어라 이런 일이 되는 듯하다.

이 때문인지 업데이트가 자주 되는 편은 아닌데, Lua 5.3이 나오고 있는 동안에도 LuaJIT은 Lua 5.1 문법이 최신이다[12]

또한, 안 그래도 손쉬운 C언어와의 인터페이스 작업은 LuaJIT의 FFI(Foreign Function Interface)를 이용하면 Low-Level C언어 함수들을 별다른 작업 없이 직접적으로 사용할 수 있다. 이 FFI 방식으로 인해 스크립트 - 네이티브 코드 간 호출규약을 맞추기 위한 별도의 작업이 사실상 필요가 없어지고, C 자료형을 직접 사용할 수 있게 되며 호출 성능은 네이티브에 견줄만큼 빨라지기 때문에, 일단 JIT을 사용하게 되면 기존 Lua 바인딩 코드를 사용할 일이 극히 적어진다. 이 FFI 방식은 이후 Python의 CFFI 라이브러리에 많은 영감을 주었다(Node.js의 node-ffi도 상당한 영향을 받은 것으로 추정된다).

네이티브에 견줄만큼 속도가 빠르고, 메모리 사용량이 매우 적기 때문에 최근 NGINX에 LuaJIT을 포함시켜서 커스터마이징을 한 OpenResty 웹 서버가 인기를 끌고 있다. CDN 서비스로 유명한 Cloudflare와 알렉사 Top 13 규모의 세계에서 가장 큰 C2C 상거래 서비스(지마켓/옥션을 생각하면 된다)인 타오바오에서 주-웹서버로 사용하고 있으며 두 회사의 개발자들이 OpenResty 개발을 주도하고 있다(단 Cloudflare의 CDN 서비스는 사실 NGINX에 LuaJIT으로 코드를 올려 커스터마이징한 서비스들이다. 그래서 타사와 달리 진정한 CDN 서비스가 아니라는 비평도 있다).

알파고로 유명한 구글 딥마인드가 알파고의 기반인 Q-Learning을 구현할 때 사용된 Torch 머신러닝 미들웨어도 LuaJIT으로 작성되어 있다(딥마인드 사의 구인공고는 그래서 C/C++와 Lua 스크립트가 필수역량으로 적혀있다).

파이썬과 자주 비교가 되는데, 두 언어의 초기 개발 목표의 차이가 현재의 두 언어가 갖는 거의 모든 차이의 원인이라고 볼 수 있다. 파이썬은 깨끗한 문법의 고급(high-level) 범용(general) 프로그래밍언어가 개발 목표였고 부수적으로 다른 언어와의 쉬운 접착(glue) 기능이 제공되는 반면에, Lua는 C/C++ 프로그램에 내포(embed)되는 것을 기본 사용례로 가정하고 개발되었고 부수적으로 고급(high-level) 범용(general) 프로그래밍 언어로도 사용할 수 있는 것이다. 즉, 인터프리트형 스크립트 언어라는 공통점을 제외하면 강조하고 있는 점이 거의 정반대이다. 그리고 파이썬이 접착(gluing)이 쉬운 언어이지 내포(embedding)가 쉬운 언어는 아니라는 점도 주목할 만하다.

따라서 파이썬 커뮤니티에서 잘 쓰이는 표현대로 '배터리가 포함된'[13] 파이썬은 어느정도 단독으로 프로그램을 만들 수 있는 환경인 반면, Lua는 기본중의 기본 기능만을 포함하고 있어 단독으로 응용프로그램을 만들려면 손에 꼽히는 외부 라이브러리[14]를 포함하고도 이것저것 직접 구현해야 하는 어려움이 있다. 너무 없어 불편하니 배터리가 포함된 LuaDist나 Lua for Windows같은 프로젝트도 있다.

물론 관점을 바꾸어서 C/C++ 프로그램에 내포할 때를 가정하면, 파이썬은 기본으로 import되는 라이브러리[15]가 많아 메모리 사용량이 큰데 비해 사실상 아무것도 없어 극도로 가볍고 빠른 것이 Lua의 장점이라고 하겠다.[16]

그리고 파이썬 커뮤니티에서도 Lua와 비교해서 embedding 기능쪽으로 부족함을 인지하고, 최근 영역 확장을 시도하고 있다. 파이썬이 스크립트용으로 내포된 유명한 프로그램으로는 3dx Max, Blender가 있다. 둘 다 그 자체로 덩치 큰 프로그램[17]

굉장히 유사한 면이 많은 두 언어다. 둘 다 JIT도 있다는 것도 유사한 점이다. 그래서 JavaScript에 있는 것을 Lua로 옮기는 경우도 있는데 예로 Node.js를 Lua로 옮긴 Luvit이라든가...