寫了多年代碼,你會 StackOverflow 嗎

寫了多年代碼,你會 StackOverflow 嗎

Intro

準備寫一個傻逼代碼的系列文章,怎麼寫 StackOverflow 的代碼,怎麼寫死鎖代碼,怎麼寫一個把 CPU 跑滿,怎麼寫一個 OutOfMemory 的代碼。

今天主要來看 StackOverflowStackOverlow 是一個著名的問答社區,做開發相關的應該都會知道這個網站,很多你遇到的問題都可以在這個網站上找到答案。

如何讓你的代碼發生 StackOverflow

在 C# 中有一個 StackOverflowException 的異常,發生 StackOverlow 也就是觸發 StackOverlowException,關於 StackOverflowException 的介紹可以參考微軟文檔

StackOverflowException is thrown for execution stack overflow errors, typically in case of a very deep or unbounded recursion.

這裡節選了一小段話, 在執行堆棧發生溢出錯誤的時候會拋出 StackOverflowException ,典型的案例就是一個特別深的或者沒有邊界的遞歸。

這裡說明了一種典型的會發生 StackOverflowException 的示例就是遞歸,這種方式可能大家都知道了。

除此之外還有一種情況也會引發 StackOverflowException ,微軟的文檔上沒有明確說明,我們知道,在 C# 中,值類型的內存分配一般是在棧上的,這個棧也就是線程棧,一個線程的棧是有限制的,這裡可以出一個面試題,線程棧有多大

線程棧默認 1M,也是最大值,最大也是 1M(下次面試的時候可別不知道了哈)

詳細介紹可以看文檔 //docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.thread.-ctor?view=netcore-3.1

在線程棧上分配內存不夠的時候同樣也會引發 StackOverflowException

所以寫出 StackOverflow 代碼的兩種方式就有了

  • 死遞歸(沒有邊界,一直在循環調用自己)
  • 線程棧內存分配

死遞歸

死遞歸這種方式最簡單了,寫一個方法調用自己即可,來看一個示例:

public static void Test1()
{
    Test1();
}

通常這樣的代碼,大家一眼就能看出來,一般也不會寫這樣的代碼,通常寫出 StackOverflow 的代碼都是有參數的,參數傳遞有問題所以導致的 StackOverflow,比如下面這樣的一個示例:

// StackOverflow
public static void Test2(int num)
{
    if(num > 0)
    {
        Test2(num);
    }
}
// work
public static void Test3(int num)
{
    if(num > 0)
    {
        Test3(--num);
    }
}

下面的代碼是正常代碼,上面的代碼會 StackOverlow ,只是因為一行代碼的失誤導致的問題,這種情況更為常見一些

我之前也寫過一個 StackOverflow 的代碼,之前的代碼也是帶參數的遞歸,遞歸的參數是一個枚舉,方法體里有多個枚舉參數,結果在方法體遞歸的時候傳錯了參數,導致了一個死遞歸

線程棧內存分配

通常值類型的分配是在線程棧上的,但是我們也不會在一個線程上分配很多的值類型對象,所以通常也不會因為值類型的內存分配而導致 StackOverflowException

在 C# 7.2 之後引入了 Span (.net core 2.1 之後默認包含了 Span.netstandard2.1也包含了 Span,如果是低版本或者 .net framework 需要額外引用一個包來支持 Span),我們可以在安全代碼中使用 stackalloc 來實現在線程棧上分配內存,我們要使用這個來做測試,來看下面的測試代碼:

public static void Test()
{
    ReadOnlySpan<byte> bytes = stackalloc byte[1024 * 1024];
    Console.WriteLine($"{bytes.Length} passed");

    bytes = stackalloc byte[1024 * 1024 + 1];
    Console.WriteLine($"{bytes.Length} passed");
}

可以看到在超過 1M 的時候就會發生 StackOverflow

Thread MaxStackSize

如果你比較細心,使用 Thread 比較多的話,你會發現 Thread 在實例化的時候,可以在構造方法里指定一個參數來指定線程的最大棧,參考文檔://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.thread.-ctor?view=netcore-3.1

public Thread (System.Threading.ThreadStart start, int maxStackSize)

所以我們也可以指定一個比較小的 maxStackSize 來更容易測試出來 StackOverflow

來看一個示例:

public static void Test2()
{
    var thread = new Thread(() =>
    {
        ReadOnlySpan<byte> bytes = stackalloc byte[16*1024+1];
        Console.WriteLine($"{bytes.Length} passed");

        bytes = stackalloc byte[32*1024+1];
        Console.WriteLine($"{bytes.Length} passed");

        bytes = stackalloc byte[256*1024+1];
        Console.WriteLine($"{bytes.Length} passed");
    }, 1);
    thread.IsBackground = true;
    thread.Start();
}

這裡可以看到,我直接指定了 maxStackSize 為 1,但是實際測試下來並不是1,按微軟的文檔上所說,最小值是 256kb(如果我沒理解錯的話),但是實際測試下來並不是,沒有到 256kb 就發生了 StackOverflow(有大神看到還望指導一下),上面的測試輸出結果

再來看一個遞歸的示例:

public static void Test3()
{
    var thread = new Thread(() =>
    {
        TestMethod(1024);
    }, 1);
    thread.IsBackground = true;
    thread.Start();
}

private static void TestMethod(int num)
{
    if(num > 0)
    {
        num--;
        TestMethod(num);
    }
}

輸出結果如下:

上面使用的數字也許不會在你的電腦上發生異常,你可以嘗試自己調試一個臨界值,或者直接設置一個比較大的值

More

StackOverflowException 不能通過 try…catch 來捕捉,當發生 StackOverflowException 時應用程序就會直接退出,通常線程棧上分配內存不夠的情況基本上是不會發生的,所以對於怎麼避免 StackOverflowException 我們只需要在寫遞歸代碼的時候小心一些,不要寫成死循環遞歸就可以了。

Reference

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