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：

提示： 实际生产系统中，可以对程序日志中的 StackOverFlowError 配置关键字告警，一经发现，立即处理。

推荐工具&产品

ARMS —— 阿里云 APM 产品，支持 StackOverFlowError 异常关键字告警

参考文章

• StackOverFlow Error: Causes and Solutions
• The Structure of the Java Virtual Machine
• The StackOverflowError in Java
• JVM源码分析之栈溢出完全解读

作者信息：夏明，GitHub ID @StabilityMan，花名涯海，阿里云 ARMS & EagleEye 技术专家，2016 年加入阿里巴巴，一直从事链路追踪和 APM 监控诊断领域的相关工作。