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高德面试:为什么Map不能插入null?

在 Java 中,Map 是属于 java.util 包下的一个接口(interface),所以说“为什么 Map 不能插入 null?”这个问题本身问的不严谨。Map 部分类关系图如下:

图片

所以,这里面试官其实想问的是:为什么 ConcurrentHashMap 不能插入 null?

1.HashMap和ConcurrentHashMap的区别

HashMap 和 ConcurrentHashMap 在对待 null 的态度上是不同的,在 Java 中,HashMap 是允许 key 和 value 值都为 null 的,如下代码所示:

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");
}

以上程序的执行结果如下:

存在 null

从上述结果可以看出,HashMap 是允许  key 和 value 值都为 null 的。

但 ConcurrentHashMap 就不同了,它不但 key 不能为 null,而且 value 也不能为 null,如以下代码所示:

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

在运行以上程序时就会报错,如下图所示:

图片

当然,当你为 ConcurrentHashMap 的 value 值设置 null 时也会报错,如下代码所示:

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

在运行以上程序时就会报错,如下图所示:

图片

因此,我们可以得出结论:

  1. 在 HashMap 中,key 和 value 值都可以为 null。

  2. 在 ConcurrentHashMap 中,key 或者是 value 值都不能为 null。

2.为什么不能插入null?

如果我们查看 ConcurrentHashMap 的源码,就能发现为什么 ConcurrentHashMap 不能插入 null 了,以下是 ConcurrentHashMap 添加元素时的部分核心源码:

// 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 为 null 的话直接抛出空指针异常if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();int hash = spread(key.hashCode());int binCount = 0;// 忽略其他代码......
}

从上述 ConcurrentHashMap 添加元素的第一行源码就可以看出,当 key 或 value 为 null 时,会直接抛出空指针异常,这就是 ConcurrentHashMap 之所以不能插入 null 的根本原因了,因为源码就是这样设计的。

3.更深层次的原因

那么问题来了,为什么 ConcurrentHashMap 的实现源码中,不允许为 key 或者是 value 设置 null 呢?

这就要从 ConcurrentHashMap 的使用场景说起了,在 Java 中,ConcurrentHashMap 是用于并发环境中执行的线程安全的容器,而 HashMap 是用于单线程环境下执行的非线程安全的容器,而并发环境下的运行更复杂,如果我们允许 ConcurrentHashMap 的 key 或者是 value 为 null 的情况下,就会存在经典的“二义性问题”

3.1 什么是二义性问题?

所谓的二义性问题指的是代码或表达式存在多种理解或解释,导致程序的含义不明确或模糊。

以 ConcurrentHashMap 不允许为 null 的二义性问题来说,null 其实有以下两层含义:

  1. 这个值本身设置的是 null,null 在这里表示的是一种具体的“null”值状态。

  2. null 还表示“没有”的意思,因为没有设置,所以啥也没有。

所以,如果 ConcurrentHashMap 允许插入 null 值,那么就会存在二义性问题。

那就有同学会问了,为什么 HashMap 允许插入 null,它就不怕有二义性问题吗?

3.1 可证伪的HashMap

HashMap 之所以不怕二义性问题的原因是,HashMap 的设计是给单线程使用的,而单线程下的二义性问题是能被证明真伪的,所以也就不存在二义性问题了(能被证明的问题就不是二义性问题)

例如,当我们给 HashMap 的 key 设置为 null 时,我们可以通过 hashMap.containsKey(key) 的方法来区分这个 null 值到底是存入的 null?还是压根不存在的 null?这样二义性问题就得到了解决,所以 HashMap 的二义性问题可被证明真伪,所以就不怕二义性问题,因此也就可以给 key 或者 value 设置 null 了。

3.2 不可证伪的ConcurrentHashMap

而 ConcurrentHashMap 就不一样了,因为 ConcurrentHashMap 是设计在多线程下使用的,而多线程下的二义性问题是不能被证明真伪的,所以二义性问题是真实存在的

因为在你在证明二义性问题的同时,可能会有另一个线程影响你的执行结果,所以它的二义性问题就一直存在。

例如,当 ConcurrentHashMap 未设置 key 为 null 时,会有这样一个场景,当一个线程 A 调用了 concurrentHashMap.containsKey(key),我们期望返回的结果是 false,但在我们调用 concurrentHashMap.containsKey(key) 之后,未返回结果之前,线程 B 又调用了 concurrentHashMap.put(key,null) 存入了 null 值,那么线程 A 最终返回的结果就是 true 了,这个结果和我们之前预想的 false 完全不一样,这就是不能被证伪的二义性问题。

所以说,多线程的执行比较复杂,在多线程下 null 的二义性问题是不能被证明真伪的(因为在一个线程执行验证时,可能会有另一个线程改动结果,造成结果不准确),所以 ConcurrentHashMap 为了避免这个二义性问题,所以就在源码中禁用了 null 值作为 key 或 value。

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