Java 中的堆栈溢出与内存泄漏

Java 程序在运行时会使用内存来存储数据和执行指令，但如果内存使用不当，可能会导致堆栈溢出（StackOverflowError）或内存泄漏（Memory Leak）的问题。本课件将详细介绍两者的概念、成因、排查方法及解决方案，并提供代码案例和详细中文注释。

1. 堆栈溢出（StackOverflowError）

1.1 概念

StackOverflowError 是一种运行时错误，发生在程序调用栈的深度超出 Java 虚拟机分配的栈空间时。常见原因是递归调用或深层次方法调用未正确终止。

1.2 产生原因

1. 递归调用没有终止条件
   程序中使用了递归算法，但未正确设置递归终止条件，导致递归不断深入。

2. 栈空间大小设置不足
   JVM 默认分配的栈空间不足以支持深度调用栈。

1.3 案例代码

以下代码展示了因递归调用导致的堆栈溢出问题：

// 演示 StackOverflowError
public class StackOverflowDemo {
    public static void main(String[] args) {
        recursiveMethod(); // 调用递归方法
    }

    // 无限递归调用
    public static void recursiveMethod() {
        System.out.println("递归调用...");
        recursiveMethod(); // 自身调用导致栈溢出
    }
}

代码运行结果

递归调用...
递归调用...
...（重复输出）...
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

1.4 解决方法

1. 增加递归的终止条件
   修改代码逻辑，确保递归调用能正常结束。

// 修正递归调用，添加终止条件
public class StackOverflowFix {
    public static void main(String[] args) {
        recursiveMethod(5); // 指定递归深度
    }

    public static void recursiveMethod(int n) {
        if (n == 0) {
            System.out.println("递归结束");
            return; // 递归终止条件
        }
        System.out.println("递归深度: " + n);
        recursiveMethod(n - 1); // 递归调用
    }
}

2. 调整 JVM 栈大小
   使用 JVM 参数 -Xss 增加栈的大小。例如：

   java -Xss2m StackOverflowDemo
   

2. 内存泄漏（Memory Leak）

2.1 概念

内存泄漏是指程序在运行过程中动态分配的内存未被及时释放，导致可用内存减少甚至耗尽，最终引发 OutOfMemoryError。

2.2 产生原因

1. 长生命周期对象持有短生命周期对象的引用
   某些对象的生命周期比其他对象长，但它们不必要地持有短生命周期对象的引用。

2. 未释放的静态集合
   静态集合如 Map 或 List 存储了大量不再使用的对象。

3. 错误的事件监听或回调
   注册的事件监听器或回调未及时移除，导致对象无法被回收。

2.3 案例代码

以下代码展示了由于静态集合未及时清理导致的内存泄漏问题：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 演示内存泄漏
public class MemoryLeakDemo {
    private static final List<Object> STATIC_LIST = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Object obj = new Object(); // 创建新对象
            STATIC_LIST.add(obj);     // 将对象添加到静态集合中
            System.out.println("对象数量: " + STATIC_LIST.size());
        }
    }
}

代码运行结果

程序将持续运行，直到抛出如下异常：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2.4 解决方法

1. 及时清理集合中的无用对象
   定期移除集合中的无用元素。

// 修正内存泄漏问题
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MemoryLeakFix {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> temporaryList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Object obj = new Object(); // 创建新对象
            temporaryList.add(obj);   // 添加到临时集合
        }
        // 清理集合，允许垃圾回收器回收内存
        temporaryList.clear();
        System.out.println("对象清理完成");
    }
}

2. 弱引用机制
   使用 WeakReference 或 SoftReference 处理长生命周期对象对短生命周期对象的引用。

3. 正确移除监听器
   在不再需要时，及时注销事件监听器或回调。

3. 堆栈溢出与内存泄漏的区别

通过本课件，学员应该能够明确堆栈溢出和内存泄漏的成因与解决方法，并能够利用代码案例熟悉问题排查和优化技巧。