高德面試：為什么Map不能插入null？
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2024-06-06 08:08
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在 Java 中，Map 是屬于 java.util 包下的一個接口（interface），所以說“為什么 Map 不能插入 null？”這個問題本身問的不嚴(yán)謹(jǐn)。Map 部分類關(guān)系圖如下：所以，這里面試官其實想問的是：為什么 ConcurrentHashMap 不能插入 null？
1.HashMap和ConcurrentHashMap的區(qū)別
HashMap 和 ConcurrentHashMap 在對待 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));
在運行以上程序時就會報錯，如下圖所示：當(dāng)然，當(dāng)你為 ConcurrentHashMap 的 value 值設(shè)置 null 時也會報錯，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));
在運行以上程序時就會報錯，如下圖所示：因此，我們可以得出結(jié)論：
-
在 HashMap 中，key 和 value 值都可以為 null。 -
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，會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，因為源碼就是這樣設(shè)計的。
3.更深層次的原因
那么問題來了，為什么 ConcurrentHashMap 的實現(xiàn)源碼中，不允許為 key 或者是 value 設(shè)置 null 呢？
這就要從 ConcurrentHashMap 的使用場景說起了，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)境下的運行更復(fù)雜，如果我們允許 ConcurrentHashMap 的 key 或者是 value 為 null 的情況下，就會存在經(jīng)典的“二義性問題”。
3.1 什么是二義性問題？
所謂的二義性問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 的二義性問題來說，null 其實有以下兩層含義：
-
這個值本身設(shè)置的是 null，null 在這里表示的是一種具體的“null”值狀態(tài)。 -
null 還表示“沒有”的意思，因為沒有設(shè)置，所以啥也沒有。
所以，如果 ConcurrentHashMap 允許插入 null 值，那么就會存在二義性問題。
那就有同學(xué)會問了，為什么 HashMap 允許插入 null，它就不怕有二義性問題嗎？
3.1 可證偽的HashMap
HashMap 之所以不怕二義性問題的原因是，HashMap 的設(shè)計是給單線程使用的，而單線程下的二義性問題是能被證明真?zhèn)蔚?，所以也就不存在二義性問題了（能被證明的問題就不是二義性問題）。
例如，當(dāng)我們給 HashMap 的 key 設(shè)置為 null 時，我們可以通過 hashMap.containsKey(key) 的方法來區(qū)分這個 null 值到底是存入的 null？還是壓根不存在的 null？這樣二義性問題就得到了解決，所以 HashMap 的二義性問題可被證明真?zhèn)?，所以就不怕二義性問題，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，因為 ConcurrentHashMap 是設(shè)計在多線程下使用的，而多線程下的二義性問題是不能被證明真?zhèn)蔚?，所以二義性問題是真實存在的。
因為在你在證明二義性問題的同時，可能會有另一個線程影響你的執(zhí)行結(jié)果，所以它的二義性問題就一直存在。
例如，當(dāng) ConcurrentHashMap 未設(shè)置 key 為 null 時，會有這樣一個場景，當(dāng)一個線程 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題。
所以說，多線程的執(zhí)行比較復(fù)雜，在多線程下 null 的二義性問題是不能被證明真?zhèn)蔚模ㄒ驗樵谝粋€線程執(zhí)行驗證時，可能會有另一個線程改動結(jié)果，造成結(jié)果不準(zhǔn)確），所以 ConcurrentHashMap 為了避免這個二義性問題，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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