Java 中 ConcurrentHashMap 和 HashMap 能存 null 吗？深挖原理和使用场景

前言

当你使用 HashMap 或 ConcurrentHashMap 时，可能会冒出一个经典问题：它们能存储 null 键或 null 值吗？ 初学者可能觉得无所谓，试一下不就知道了，但在真实项目中，这个问题可能导致严重的 bug。今天我们就来系统讲解这两个常用集合类对 null 键和值的支持情况，并深入分析其设计背后的逻辑。

一、结论先行

简单来说：

• HashMap：对 null 键和 null 值都很包容。
• ConcurrentHashMap：对 null 直接说“不”。

接下来我们看看这些行为的原因和实现细节。

二、HashMap 的行为分析

1. 支持 null 键和 null 值

HashMap 是 Java 中最常用的非线程安全集合，它允许存储一个 null 键和多个 null 值。

示例：

import java.util.HashMap;

public class HashMapNullExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
        map.put(null, "这是一个 null 键");
        map.put("key1", null);
        map.put("key2", null);

        System.out.println("HashMap: " + map);
    }
}

输出：

HashMap: {null=这是一个 null 键, key1=null, key2=null}

2. 为什么允许 null？

• null 键：

  • 在 HashMap 的实现中，null 键被特殊处理。如果键是 null，则会直接存储到 table 的第一个桶（table[0]）中，而不需要计算哈希值。

  • 源码片段（Java 8

    put
    

    方法）：

    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    

• null 值：

  • HashMap 没有对值进行特殊约束，只要键有效，值就可以为 null。

三、ConcurrentHashMap 的行为分析

1. 不支持 null 键和 null 值

ConcurrentHashMap 是线程安全的 Map，它对 null 键和值都不友好，如果尝试存储 null，会直接抛出 NullPointerException。

示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapNullExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 测试 null 键
        try {
            map.put(null, "null 键");
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("不支持 null 键: " + e);
        }

        // 测试 null 值
        try {
            map.put("key1", null);
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("不支持 null 值: " + e);
        }
    }
}

输出：

不支持 null 键: java.lang.NullPointerException
不支持 null 值: java.lang.NullPointerException

2. 为什么不允许 null？

• 线程安全性考虑：

  ConcurrentHashMap
  

  是为高并发设计的，

  null
  

  键或值可能会导致难以调试的空指针问题。例如：

  • 如果 get(key) 返回 null，你无法确定是因为键不存在，还是值本身就是 null。
  • 在多线程场景中，null 键或值的存在可能会导致更复杂的边界条件和线程安全问题。
  • ConcurrentHashMap 的设计原则是：尽量避免模棱两可的行为，让开发者在代码中明确处理空值逻辑。

四、背后的设计哲学

1. HashMap 的包容性

HashMap 是单线程的，设计上更加灵活，主要用于非并发场景。允许 null 键和值，符合它“工具箱”式的轻量设计。

2. ConcurrentHashMap 的严格性

ConcurrentHashMap 强调高效和安全，它的限制（不允许 null）是为了防止并发场景中的潜在问题，并帮助开发者写出更清晰的代码。

五、常见误区

误区 1：ConcurrentHashMap 支持 null 键和值

很多初学者以为所有的 Map 实现都支持 null 键和值，实际并非如此。记住：ConcurrentHashMap 对 null 说“不”！

误区 2：HashMap 中多个 null 键是可以的

HashMap 中最多只能有一个 null 键，多个 null 键会导致覆盖。

示例：

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put(null, "值1");
map.put(null, "值2");
System.out.println(map); // 输出: {null=值2}

六、如何优雅处理 null？

1. 使用 Optional 替代 null 值

在需要明确区分值是否为空时，可以使用 Optional 来代替 null：

import java.util.Optional;

HashMap<String, Optional<String>> map = new HashMap<>();
map.put("key1", Optional.ofNullable(null));
System.out.println(map.get("key1").orElse("默认值"));

2. 初始化 Map 时确保没有 null 键和值

对于不允许存储 null 的 Map（如 ConcurrentHashMap），需要手动检查输入：

if (key == null || value == null) {
    throw new IllegalArgumentException("键和值均不能为空");
}

七、总结

记住这些差异，你就能在项目中更高效地选择合适的 Map 类型。如果你有任何疑问，欢迎留言一起探讨！ 😊