StackOverFlowError 常见原因及解决方法

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

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 https://dzone.com/articles/stackoverflowerror-causes-amp-solutions
  • The Structure of the Java Virtual Machine https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-2.html#jvms-2.5.2
  • The StackOverflowError in Java https://www.baeldung.com/java-stack-overflow-error
  • JVM源码分析之栈溢出完全解读 http://lovestblog.cn/blog/2016/04/19/stack-over-flow/

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。

本文缩略图:icon by 是一只啊Y

原文发布于微信公众号 - IT牧场(itmuch_com)

原文发表时间:2019-09-06

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