你知道Java方法能定义多少个参数吗?

简介: 一个Java方法,最多能定义多少参数呢?我知道这是一个很无聊的问题,即使能定义一万个,十万个,谁又会真的去这么做呢。但是作为一个Coder,最重要的不就是好奇心吗,没有好奇心,和一条咸鱼又有什么区别呢?

一:为什么研究这么无聊的问题

这两天在读一本老书《Orange'S 一个操作系统的实现》,把丢了很长时间没研究的操作系统又重新拾起来了,在第三章讲解“保护模式”时,作者提到了调用门描述符中的Param Count只有5位,也就是说,最多只支持32个参数,这本来只是一个不是特别重要的细节,但是却勾起了我的思索:在JVM中,一个Java方法,最多能定义多少参数呢?我知道这是一个很无聊的问题,即使能定义一万个,十万个,谁又会真的去这么做呢。但是作为一个Coder,最重要的不就是好奇心吗,没有好奇心,和一条咸鱼又有什么区别呢?

二:实地考察

这种问题,第一步当然就是看看JVM中关于方法的定义,这里以openJDK10中的HotSpot为例。
在ConstMethod中,代表参数数量的字段为_size_of_parameters。

      u2                _size_of_parameters;         // size of the parameter block (receiver + arguments) in words 

_size_of_parameters的类型为u2,在JVM中,u2为2个字节长,那么理论上来说,HotSpot支持的方法最大参数数量为2^16 - 1,即65535。
这个答案究竟是否正确呢?实践出真知!
当然我不会傻到真的去一个个定义65535个参数,那我岂不成了“数一亿粒米”的幼儿园老师了?Coder就得按照Coder的办法:

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 65535; i++) {
            System.out.print("int a" + i + ",");
        }
    }

完美解放了生产力 。
生成完参数列表,定义好方法,当我满怀信心的开始编译时,编译器给了我狠狠一刀:

image

居然不是65535?那应该是多少呢?难道是一个字节长?废话不多说,我立即来实验了下255个参数,编译通过,再试了一下256,和65535时一样报错。那么结果很明显了,Java方法最多可以定义255个参数。
我查看了下Javac源码,在生成方法的字节码时,有方法参数数量限制判断:

    if (Code.width(types.erasure(env.enclMethod.sym.type).getParameterTypes()) + extras > ClassFile.MAX_PARAMETERS) {
        log.error(tree.pos(), "limit.parameters");
        nerrs++;
    }

其中 ClassFile.MAX_PARAMETERS = 255。

事情到这里我很不甘心,HotSpot中明明是用两个字节长来定义的方法参数数量,莫非只是Javac在编译过程中做了限制?只要能成功编译出一个有256个参数的java方法,在虚拟机中一试便知,但是怎么才能绕过Javac呢?我觉得主要有以下两种办法:

  1. 修改Javac源码,干掉以上参数限制这一段代码,再重新编译;
  2. 利用字节码修改工具,硬改字节码,加上一个拥有256个参数的方法。

第一种方法看似简单,但是其实从openJDK中提取出来的Javac项目不能直接run,需要很多配置,而且源码依赖了很多jdk中的不可见类,操作起来很麻烦。所以这里我采用了第二种方法,工具选用的是老朋友javassist。
其实javassist使用起来很简单,这里我只需要对一个已有的class文件加上一个新方法即可:

        try {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();

            sb.append("public static void testMax(");

            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                sb.append("int a" + i);
                if(i < 255) {
                    sb.append(",");
                }
            }
            sb.append("){}");

            ClassPool cPool = new ClassPool(true);
            cPool.insertClassPath("/Users/wanginbeijing/Documents/MyProgramings/java/Mine/test/src");
            CtClass cClass = cPool.get("com.wangxiandeng.test.Test");
            CtMethod newMethod = CtNewMethod.make(sb.toString(), cClass);
            cClass.addMethod(newMethod);
            cClass.writeFile("/Users/wanginbeijing/Documents/MyProgramings/java/Mine/test/src");
        } catch (NotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (CannotCompileException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (
                IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

以上就通过javassist成功的给Test.class 文件加上了一个拥有256个参数的方法testMax()。现在让我们运行下Test.class试试:

    java com.wangxiandeng.test.Test

没想到这次虽然瞒过了编译器,却没有过的了虚拟机这一关,运行直接报错了:
错误: 加载主类 com.wangxiandeng.test.Test 时出现 LinkageError

        java.lang.ClassFormatError: Too many arguments in method signature in class file com/wangxiandeng/test/Test

看样子Java不仅仅在编译期会对方法参数数量做限制,在虚拟机运行期间同样会干这件事。

本着一查到底的精神,我在HotSpot源码中搜索了下上面报的错误,找到了虚拟机检查参数数量的地方:

Method* ClassFileParser::parse_method(const ClassFileStream* const cfs,
                                      bool is_interface,
                                      const ConstantPool* cp,
                                      AccessFlags* const promoted_flags,
                                      TRAPS) {
      ......
      if (_need_verify) {
            args_size = ((flags & JVM_ACC_STATIC) ? 0 : 1) +verify_legal_method_signature(name, signature, CHECK_NULL);

            if (args_size > MAX_ARGS_SIZE) {
                  classfile_parse_error("Too many arguments in method signature in class file %s", CHECK_NULL);
            }
      }
      ......
}

可见虚拟机在解析class文件中的方法时,会判断参数数量args_size是否大于MAX_ARGS_SIZE,如果大于则就会报错了。MAX_ARGS_SIZE为255。

这里有一点需要注意,在计算args_size时,有判断方法是否为static方法,如果不是static方法,则会在方法原有参数数量上再加一,这是因为非static方法会添加一个默认参数到参数列表首位:方法的真正执行者,即方法所属类的实例对象。
事情到这里总算大概明白了,Java static方法的参数最多只能有255个,非static方法最多只能有254个。虽然远不及我刚开始推测的65535个,但是这也完全够用了,毕竟你敢在你的项目里定义一个255个参数的方法而保证不被人打死吗。
有人可能要问,如果我定义的方法参数是变长参数呢?还有这种限制吗?这当然是没有的,因为变成参数的本质其实就是传递一个数组,你传再多的参数,编译后其实都只是一个数组而已。

其实Java不是限制方法的参数个数,而是限制参数的单位数量,我又回头看了下源码,Javac在编译期计算方法的参数个数时,调用的是这个方法:
Code.width(types.erasure(env.enclMethod.sym.type).getParameterTypes())
Code.width()会根据参数类型,计算出以字节为单位的参数数量:

    public static int width(int typecode) {
        switch (typecode) {
        case LONGcode: case DOUBLEcode: return 2;
        case VOIDcode: return 0;
        default: return 1;
        }
    }

可见对于long、doubule,会占用两个单位数,所以说java方法最多只能有255个参数是不准确的,只能说java方法容许的参数总单位数为255。其实想想也对,java方法调用前会将参数进行压栈,虚拟机本身就应该基于方法传参占用的栈深度去进行限制。

另有知友提醒,《Java虚拟机规范》中其实已经做了说明,我翻了一下,在《Java虚拟机限制》这一小节中有提到:
方法的参数最多有255个,它是由方法描述符(§4.3.3)的定义所限制,如果方法调 用是针对实例或接口方法,那么这个限制也包􏰁着占有一个单元的 this。注意对于定义 在方法描述符中的参数长度来说,每个 long 和 double 参数都会占用两个长度单位,所 以如果有这些类型的话,最终的限制的最大值将会变小。
书中自有黄金屋啊!不过纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,你说是不是呢?

三:一切都结束了

嗯,做完实验,写完文章,我总算把这件事搞明白了,女朋友早已在呼呼大睡,好像我确实很无聊,好像我确实还是一条咸鱼。

听说喜欢点关注的同学都长得帅

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