递归运行时实现Java与其他/功能语言？

Question

我喜欢递归，但在Java中，你在某个时刻遇到了死胡同。例如。我有一个案例，其中~100K迭代的递归不起作用（StackOverflowError）。糟糕的是，我不得不为这个运行时堆栈限制原因切换到恼人的“命令性循环”。

我想知道其他（特别是功能性）语言在运行时是如何绕过堆栈溢出的？我想特别是函数式语言运行时更好地处理这个问题，因为递归是核心概念......

有人提供某些信息或外部资源吗？

Answer 1

大多数语言都对tail recursion进行了编译器优化。尾递归意味着递归调用应该是递归方法的最后一次调用。然后，编译器可以将其优化为循环，防止发生堆栈溢出错误。

我不确定所有javac实现是否都实现了尾递归。它不是规范要求的东西。但是，它是任何递归程序的重要优化技术，所以我认为主流实现确实提供尾递归。

您可以通过采用生成StackOverflowError的（简单）非尾递归程序并使其尾递归（例如计算factorial）来自行测试。

编辑：之前在Java中有question about tail recursion，如用户sje397的评论中所示。另请查看此问题的Stephen C's answer，其中提供了一些其他信息。

Answer 2

这是@Ronald Wildenberg回答的后续内容：

  

我不确定所有javac实现是否都实现了尾递归。它不是规范要求的东西。

简短的回答是他们不支持它。

更长的答案是，由于JVM设计，尾递归优化在Java中是一个棘手的问题。阅读John Rose @ Oracle的this blog entry，他谈到了这个问题。博客条目的主旨是提出字节码扩展以支持“硬”尾调用。但最后一段暗示为什么实施“软”（即透明）尾部调用很难。尾调用优化会干扰JVM捕获堆栈跟踪的能力，这对Java安全体系结构具有“影响”。

此Sun Bug Database Entry提供了有关此问题的更多详细信息。阅读评论。

似乎在当前JVM上实现尾递归的方法是在编译器前端实现它。显然Scala就是这样做的。

Answer 3

“带有~100K迭代的递归”是应该避免的，而不仅仅是Java。它仅适用于尾部调用优化，但这并不总是可行的。因此，最好不要首先养成过度递归的习惯。

递归是人们在第一次学习它们时往往会过度使用的概念之一，因为它似乎太酷了，不能到处展示......

Answer 4

您可以使用以下命令增加java堆栈大小：

java -Xss1024k MyProgram

（将java的堆栈大小增加到1024 KB。） 但通常使用深度递归并不是一个好主意。尝试制作迭代解决方案。

Answer 5

正如其他人所提到的，支持正确的尾递归有帮助。但是它本身并不足以支持深度递归。尽管BLUB程序员可能会想到，深度递归很适合某些任务，例如处理深度递归的数据结构。

支持深度（非尾部）递归的策略通常归入支持一流延续的策略中。您可能会发现Implementation Strategies for First-Class Continuations（Clinger等人）很有趣。

我的头脑中有一些策略：

• CPS转换您的程序或以其他方式堆分配延续帧（缺点：丢失堆栈的一些性能优势）
• 在堆栈溢出时，将堆栈复制到单独的内存块并将堆栈指针重置为基址;在下溢时，将旧堆栈复制回来
• 在堆栈溢出时，从堆中分配一个新的堆栈区域并在那里重置堆栈指针;在下溢，回到旧堆栈的末尾
• 关于堆栈溢出，创建一个新线程继续运行计算，并等待线程的结果（缺点：创建一个线程可能很昂贵（但工作线程可以被缓存），并且跨线程移动计算可能会导致havok使用线程本地存储等）