高德面試：為什么Map不能插入null？

在 Java 中，Map 是屬于 java.util 包下的一個(gè)接口（interface），所以說(shuō)“為什么 Map 不能插入 null？”這個(gè)問(wèn)題本身問(wèn)的不嚴(yán)謹(jǐn)。Map 部分類關(guān)系圖如下：所以，這里面試官其實(shí)想問(wèn)的是：為什么 ConcurrentHashMap 不能插入 null？

1.HashMap和ConcurrentHashMap的區(qū)別

HashMap 和 ConcurrentHashMap 在對(duì)待 null 的態(tài)度上是不同的，在 Java 中，HashMap 是允許 key 和 value 值都為 null 的，如下代碼所示：

HashMap<String, Object> map = new HashMap();
map.put(null, null);
if (map.containsKey(null)) {
    System.out.println("存在 null");
} else {
    System.out.println("不存在 null");
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下：

“

存在 null

從上述結(jié)果可以看出，HashMap 是允許  key 和 value 值都為 null 的。

但 ConcurrentHashMap 就不同了，它不但 key 不能為 null，而且 value 也不能為 null，如以下代碼所示：

ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap();
concurrentHashMap.put(null, "javacn.site");
System.out.println(concurrentHashMap.get(null));

在運(yùn)行以上程序時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)，如下圖所示：當(dāng)然，當(dāng)你為 ConcurrentHashMap 的 value 值設(shè)置 null 時(shí)也會(huì)報(bào)錯(cuò)，如下代碼所示：

String key = "www.avacn.site";
ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap();
concurrentHashMap.put(key, null);
System.out.println(concurrentHashMap.get(key));

在運(yùn)行以上程序時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)，如下圖所示：因此，我們可以得出結(jié)論：

1. 在 HashMap 中，key 和 value 值都可以為 null。
2. 在 ConcurrentHashMap 中，key 或者是 value 值都不能為 null。

2.為什么不能插入null？

如果我們查看 ConcurrentHashMap 的源碼，就能發(fā)現(xiàn)為什么 ConcurrentHashMap 不能插入 null 了，以下是 ConcurrentHashMap 添加元素時(shí)的部分核心源碼：

// 添加 key 和 value
public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 如果 key 或 value 為 null 的話直接拋出空指針異常
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    int binCount = 0;
    // 忽略其他代碼......
}

從上述 ConcurrentHashMap 添加元素的第一行源碼就可以看出，當(dāng) key 或 value 為 null 時(shí)，會(huì)直接拋出空指針異常，這就是 ConcurrentHashMap 之所以不能插入 null 的根本原因了，因?yàn)樵创a就是這樣設(shè)計(jì)的。

3.更深層次的原因

那么問(wèn)題來(lái)了，為什么 ConcurrentHashMap 的實(shí)現(xiàn)源碼中，不允許為 key 或者是 value 設(shè)置 null 呢？

這就要從 ConcurrentHashMap 的使用場(chǎng)景說(shuō)起了，在 Java 中，ConcurrentHashMap 是用于并發(fā)環(huán)境中執(zhí)行的線程安全的容器，而 HashMap 是用于單線程環(huán)境下執(zhí)行的非線程安全的容器，而并發(fā)環(huán)境下的運(yùn)行更復(fù)雜，如果我們?cè)试S ConcurrentHashMap 的 key 或者是 value 為 null 的情況下，就會(huì)存在經(jīng)典的“二義性問(wèn)題”。

3.1 什么是二義性問(wèn)題？

所謂的二義性問(wèn)題指的是代碼或表達(dá)式存在多種理解或解釋，導(dǎo)致程序的含義不明確或模糊。

以 ConcurrentHashMap 不允許為 null 的二義性問(wèn)題來(lái)說(shuō)，null 其實(shí)有以下兩層含義：

1. 這個(gè)值本身設(shè)置的是 null，null 在這里表示的是一種具體的“null”值狀態(tài)。
2. null 還表示“沒(méi)有”的意思，因?yàn)闆](méi)有設(shè)置，所以啥也沒(méi)有。

所以，如果 ConcurrentHashMap 允許插入 null 值，那么就會(huì)存在二義性問(wèn)題。

那就有同學(xué)會(huì)問(wèn)了，為什么 HashMap 允許插入 null，它就不怕有二義性問(wèn)題嗎？

3.1 可證偽的HashMap

HashMap 之所以不怕二義性問(wèn)題的原因是，HashMap 的設(shè)計(jì)是給單線程使用的，而單線程下的二義性問(wèn)題是能被證明真?zhèn)蔚模砸簿筒淮嬖诙x性問(wèn)題了（能被證明的問(wèn)題就不是二義性問(wèn)題）。

例如，當(dāng)我們給 HashMap 的 key 設(shè)置為 null 時(shí)，我們可以通過(guò) hashMap.containsKey(key) 的方法來(lái)區(qū)分這個(gè) null 值到底是存入的 null？還是壓根不存在的 null？這樣二義性問(wèn)題就得到了解決，所以 HashMap 的二義性問(wèn)題可被證明真?zhèn)危跃筒慌露x性問(wèn)題，因此也就可以給 key 或者 value 設(shè)置 null 了。

3.2 不可證偽的ConcurrentHashMap

而 ConcurrentHashMap 就不一樣了，因?yàn)?ConcurrentHashMap 是設(shè)計(jì)在多線程下使用的，而多線程下的二義性問(wèn)題是不能被證明真?zhèn)蔚模远x性問(wèn)題是真實(shí)存在的。

因?yàn)樵谀阍谧C明二義性問(wèn)題的同時(shí)，可能會(huì)有另一個(gè)線程影響你的執(zhí)行結(jié)果，所以它的二義性問(wèn)題就一直存在。

例如，當(dāng) ConcurrentHashMap 未設(shè)置 key 為 null 時(shí)，會(huì)有這樣一個(gè)場(chǎng)景，當(dāng)一個(gè)線程 A 調(diào)用了 concurrentHashMap.containsKey(key)，我們期望返回的結(jié)果是 false，但在我們調(diào)用 concurrentHashMap.containsKey(key) 之后，未返回結(jié)果之前，線程 B 又調(diào)用了 concurrentHashMap.put(key,null) 存入了 null 值，那么線程 A 最終返回的結(jié)果就是 true 了，這個(gè)結(jié)果和我們之前預(yù)想的 false 完全不一樣，這就是不能被證偽的二義性問(wèn)題。

所以說(shuō)，多線程的執(zhí)行比較復(fù)雜，在多線程下 null 的二義性問(wèn)題是不能被證明真?zhèn)蔚模ㄒ驗(yàn)樵谝粋€(gè)線程執(zhí)行驗(yàn)證時(shí)，可能會(huì)有另一個(gè)線程改動(dòng)結(jié)果，造成結(jié)果不準(zhǔn)確），所以 ConcurrentHashMap 為了避免這個(gè)二義性問(wèn)題，所以就在源碼中禁用了 null 值作為 key 或 value。

課后思考

除了 ConcurrentHashMap 之后，還有哪些容器不允許使用 null 作為 key 或者 value 呢？

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