启用\setmathfont后LuaLaTeX编译耗时过长的原因及优化方案

问题现象 #

原本编译仅需10秒的LuaLaTeX文档，启用表格中注释的5行\setmathfont代码后，编译时间骤增至2分钟，环境为Windows下TeX Live 2022（含最新包），版本信息如下：

This is LuaHBTeX, Version 1.15.0 (TeX Live 2022)  (format=lualatex 2022.12.10)  17 DEC 2022 20:53
 restricted system commands enabled.
LaTeX2e <2022-11-01> patch level 1
Lua module: luaotfload 2022-10-03 3.23 Lua based OpenType font support

核心原因 #

• \setmathfont的高开销特性：每次调用该命令都会完整加载并初始化OpenType数学字体，包括解析字体内部的数学布局表、生成符号映射、预加载所有数学符号，这是CPU和IO密集型操作。
• 表格内重复触发：原代码将\setmathfont放在longtblr的表格行中，每一行都会触发一次完整的字体加载流程，5行就重复了5次高成本操作。
• tabularray的放大效应：longtblr为了处理分页和动态布局，会对表格内容进行多次遍历排版，进一步放大了重复加载字体的开销。

解决办法 #

方案1：预定义数学字体版本（推荐） #

通过unicode-math的version参数预定义所有需要的数学字体，后续仅需轻量切换版本，避免重复加载：

步骤1：在导言区预定义字体版本

\usepackage{unicode-math}
% 预定义各数学字体的版本别名
\setmathfont[version=lmmath]{Latin Modern Math}
\setmathfont[version=termes]{TeX Gyre Termes Math}
\setmathfont[version=pagella]{TeX Gyre Pagella Math}
\setmathfont[version=charter]{XCharter-Math.otf}
\setmathfont[version=garamond]{Garamond-Math}
\setmathfont[version=cambria]{Cambria Math}
% 设置默认数学字体
\setmathfont{Latin Modern Math}

步骤2：表格内切换版本而非重新加载

% 表格中的数学字体演示行修改为：
Latin Modern Math       & \mathversion{lmmath} \mathstring \\
TeX Gyre Termes Math    & \mathversion{termes} \mathstring \\
TeX Gyre Pagella Math   & \mathversion{pagella} \mathstring \\
Charter - math version  & \mathversion{charter} \mathstring \\
Garamond math version   & \mathversion{garamond} \mathstring \\
Cambria Math            & \mathversion{cambria} \mathstring \\

每个字体仅在预定义时加载一次，后续切换版本是极低开销的操作，编译时间会恢复至正常水平。

方案2：提前渲染公式并复用 #

通过\savebox提前渲染好每个数学字体对应的公式，再插入表格，彻底避免重复加载：

步骤1：提前渲染公式

在文档开头（\begin{document}之后）添加：

% 定义存储公式的盒子
\newsavebox{\lmmathbox}
\savebox{\lmmathbox}{\setmathfont{Latin Modern Math} $\mathstring$}

\newsavebox{\termesmathbox}
\savebox{\termesmathbox}{\setmathfont{TeX Gyre Termes Math} $\mathstring$}

\newsavebox{\pagellamathbox}
\savebox{\pagellamathbox}{\setmathfont{TeX Gyre Pagella Math} $\mathstring$}

\newsavebox{\chartermathbox}
\savebox{\chartermathbox}{\setmathfont{XCharter-Math.otf} $\mathstring$}

\newsavebox{\garamondmathbox}
\savebox{\garamondmathbox}{\setmathfont{Garamond-Math} $\mathstring$}

\newsavebox{\cambriamathbox}
\savebox{\cambriamathbox}{\setmathfont{Cambria Math} $\mathstring$}

步骤2：表格内复用盒子

% 表格中的演示行修改为：
Latin Modern Math       & \usebox{\lmmathbox} \\
TeX Gyre Termes Math    & \usebox{\termesmathbox} \\
TeX Gyre Pagella Math   & \usebox{\pagellamathbox} \\
Charter - math version  & \usebox{\chartermathbox} \\
Garamond math version   & \usebox{\garamondmathbox} \\
Cambria Math            & \usebox{\cambriamathbox} \\

额外优化提示 #

• 确保TeX Live的包保持更新，luaotfload后续版本对字体加载逻辑有性能优化。
• 避免在循环、表格行等重复执行的代码块中调用\setmainfont、\setmathfont这类高开销命令。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Matthias Pospiech