Java .class 文件的最大大小是多少？

Question

.class 文件是一个相当 well documented format 的文件，它定义了部分和大小，因此也定义了最大大小。

例如，.class 文件包含一个幻数（4 个字节）、一个版本（4 个字节）、常量池（可变大小）等。但大小可以在多个级别上定义：您可以有 65535方法，每个方法限制为 65535 个字节。

其他限制是什么？而且，如果您要尽可能制作最大的.class 文件，它会是多大？

如果需要，请将答案限制为 Java。这意味着如果 Scala 或 Clojure（或...）更改了一些限制，请忽略这些值。

Answer 1

JVM 规范没有强制限制类文件，并且由于类文件是可扩展的容器，支持arbitrary custom attributes，您甚至可以根据需要将其最大化。

因此，u4 类型的每个 attribute has a size field 最多可以指定多个 2³²-1 (4GiB)。由于在实践中，JRE API（ClassLoader 方法、Instrumentation API 和Unsafe）都始终使用byte[] 或ByteBuffer 来描述类文件，因此不可能创建具有超过 2³¹-1 字节 (2GiB)。

换句话说，即使是单个自定义属性的大小也可能超过实际可加载类的大小。但是一个类可以有 65535 个属性，加上 65535 个字段，每个字段有 65535 个自己的属性和 65535 个方法，每个方法最多也有 65535 个属性。

如果您进行数学计算，您会得出结论，仍然格式良好的类文件的理论最大值可能超过任何实际存储空间（超过 2⁶⁵ 字节）。

Answer 2

使用嵌套的 finally 块很容易生成巨大的 StackMapTable，因为 javac 会不明智地为每个嵌套级别生成单独的变量。这允许从像这样的非常简单的方法产生几兆字节：

class A {{
  int a;
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  a=0;
  }}}}}}}}}}}}
}}

添加更多嵌套级别是不可能的，因为您将超出单个方法的代码大小。您还可以使用实例初始化程序复制到每个构造函数的事实来复制它：

class A {{
  int a;
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  try {a=0;} finally {
  a=0;
  }}}}}}}}}}}}
}
A() { }
A(int a) { }
A(char a) { }
A(double a) { }
A(float a) { }
A(long a) { }
A(short a) { }
A(boolean a) { }
A(String a) { }
A(Integer a) { }
A(Float a) { }
A(Short a) { }
A(Long a) { }
A(Double a) { }
A(Boolean a) { }
A(Character a) { }

}

这个简单的 java 文件在使用 Java 8 javac 编译时会生成 105,236,439 字节的 .class 文件。您还可以添加更多构造函数，尽管存在 javac 会因OutOfMemoryError 而失败的风险（使用javac -J-Xmx4G 来克服这个问题）。

Answer 3

具有方法的类的理论、半现实限制很可能受到常量池的限制。所有方法只能有 64K。 java.awt.Component 有 2863 个常量和 83548 个字节。具有相同字节/常量比率的类将在 1.9 MB 处用完常量池。相比之下，像 com.sun.corba.se.impl.logging.ORBUtilSystemException 这样的类会用完大约 3.1 MB。

对于大型类，您可能会用完常量池中大约 2 - 3 MB 的常量。

根据合同，sun.awt.motif.X11GB18030_1$Encoder 充满了大型常量字符串，大小为 122KB，只有 68 个常量。这个类没有任何方法。

为了进行实验，我的编译在大约 21800 个常量时出现了太多常量。

public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
    try (PrintWriter out = new PrintWriter("src/main/java/Constants.java")) {
        out.println("class Constants {");
        for (int i = 0; i < 21800; i++) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            while (sb.length() < 100)
                sb.append(i).append(" ");
            out.println("private static final String c" + i + " = \"" + sb + "\";");
        }
        out.println("}");
    }
}

似乎编译后将文本加载到 ByteBuffer 中。这意味着源不能为 1 GB，否则编译器会收到此错误。我的猜测是字节中的字符已溢出为负数。

java.lang.IllegalArgumentException
    at java.nio.ByteBuffer.allocate(ByteBuffer.java:334)
    at com.sun.tools.javac.util.BaseFileManager$ByteBufferCache.get(BaseFileManager.java:325)