稳定性专题 | StackOverFlowError 常见原因及解决方法

导读

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每一个 JVM 线程都拥有一个私有的 JVM 线程栈，用于存放当前线程的 JVM 栈帧（包括被调用函数的参数、局部变量和返回地址等）。如果某个线程的线程栈空间被耗尽，没有足够资源分配给新创建的栈帧，就会抛出 java.lang.StackOverflowError 错误。

线程栈是如何运行的？

首先给出一个简单的程序调用代码示例，如下所示：

public class SimpleExample {
      public static void main(String args[]) {
            a();
      }
      public static void a() {
            int x = 0;
            b();
      }
      public static void b() {
            Car y = new Car();
            c();
      }
      public static void c() {
            float z = 0f;
      }
}

当 main() 方法被调用后，执行线程按照代码执行顺序，将它正在执行的方法、基本数据类型、对象指针和返回值包装在栈帧中，逐一压入其私有的调用栈，整体执行过程如下图所示：

首先，程序启动后，main() 方法入栈。

然后，a() 方法入栈，变量 x 被声明为 int 类型，初始化赋值为 0。注意，无论是 x 还是 0 都被包含在栈帧中。

接着，b() 方法入栈，创建了一个 Car 对象，并被赋给变量 y。请注意，实际的 Car 对象是在 Java 堆内存中创建的，而不是线程栈中，只有 Car 对象的引用以及变量 y 被包含在栈帧里。

最后，c() 方法入栈，变量 z 被声明为 float 类型，初始化赋值为 0f。同理，z 还是 0f 都被包含在栈帧里。

当方法执行完成后，所有的线程栈帧将按照后进先出的顺序逐一出栈，直至栈空为止。

StackOverFlowError 是如何产生的？

如上所述，JVM 线程栈存储了方法的执行过程、基本数据类型、局部变量、对象指针和返回值等信息，这些都需要消耗内存。一旦线程栈的大小增长超过了允许的内存限制，就会抛出 java.lang.StackOverflowError 错误。

下面这段代码通过无限递归调用最终引发了 java.lang.StackOverflowError 错误。

public class StackOverflowErrorExample {
      public static void main(String args[]) {
            a();
      }
      public static void a() {
            a();
      }
}

在这种情况下，a() 方法将无限入栈，直至栈溢出，耗尽线程栈空间，如下图所示。

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)
    at StackOverflowErrorExample.a(StackOverflowErrorExample.java:10)

如何解决 StackOverFlowError？

引发 StackOverFlowError 的常见原因有以下几种：

无限递归循环调用（最常见）。
执行了大量方法，导致线程栈空间耗尽。
方法内声明了海量的局部变量。
native 代码有栈上分配的逻辑，并且要求的内存还不小，比如 java.net.SocketInputStream.read0 会在栈上要求分配一个 64KB 的缓存（64位 Linux）。

除了程序抛出 StackOverflowError 错误以外，还有两种定位栈溢出的方法：

进程突然消失，但是留下了 crash 日志，可以检查 crash 日志里当前线程的 stack 范围，以及 RSP 寄存器的值。如果 RSP 寄存器的值超出这个 stack 范围，那就说明是栈溢出了。
如果没有 crash 日志，那只能通过 coredump 进行分析。在进程运行前，先执行 ulimit -c unlimited，当进程挂掉之后，会产生一个 core.[pid] 的文件，然后再通过 jstack $JAVA_HOME/bin/java core.[pid] 来看输出的栈。如果正常输出了，那就可以看是否存在很长的调用栈的线程，当然还有可能没有正常输出的，因为 jstack 的这条从 core 文件抓栈的命令其实是基于 Serviceability Agent 实现的，而 SA 在某些版本里有 Bug。

常见的解决方法包括以下几种：

修复引发无限递归调用的异常代码，通过程序抛出的异常堆栈，找出不断重复的代码行，按图索骥，修复无限递归 Bug。
排查是否存在类之间的循环依赖。
排查是否存在在一个类中对当前类进行实例化，并作为该类的实例变量。
通过 JVM 启动参数 -Xss 增加线程栈内存空间，某些正常使用场景需要执行大量方法或包含大量局部变量，这时可以适当地提高线程栈空间限制，例如通过配置 -Xss2m 将线程栈空间调整为 2 mb。

线程栈的默认大小依赖于操作系统、JVM 版本和供应商，常见的默认配置如下表所示：

JVM 版本	线程栈默认大小
Sparc 32-bit JVM	512 kb
Sparc 64-bit JVM	1024 kb
x86 Solaris/Linux 32-bit JVM	320 kb
x86 Solaris/Linux 64-bit JVM	1024 kb
Windows 32-bit JVM	320 kb
Windows 64-bit JVM	1024 kb