一旦data被重新分配，垃圾收集器将清理旧的ByteArrayOutputStream。但是这种重新分配只有在getNewData()返回时才会发生。当getNewData()运行时，内存中将有旧的ByteArrayOutputStream（由data引用）和新的ByteArrayOutputStream（可能是在getNewData()中创建的）。
您可以提前取消引用旧的ByteArrayOutputStream：

ByteArrayOutputStream data = getNewData();

while (data.size() > 0) {
    try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream("data.txt", true)) {
        data.writeTo(outputStream);
    } catch (IOException ex) {
        throw new RuntimeException(ex);
    }

    data = null;    
    data = getNewData();
}

• "...我在使用ByteArrayOutputStream写入文件时遇到内存错误。..."*

尝试使用 * 字节数组 *。
这里有一个例子。

ByteArrayInputStream is = getNewData();
try (FileOutputStream os = new FileOutputStream("data.txt", true)) {
    int n;
    byte[] b = new byte[1000];
    while ((n = is.read(b)) != -1) os.write(b, 0, n);
}

• "...我怀疑重新分配变量data不会以某种方式清除旧值，但我不知道如何证明这一点，因为理论上垃圾收集器应该删除旧值。..."*

变量赋值将丢弃之前的任何值，按照 Java 语法。