美团面试拷打：ConcurrentHashMap 为何不能插入 null？HashMap 为何可以？原创
JavaGuide 官方网站：javaguide.cn
周末的时候，有一位小伙伴提了一些关于 ConcurrentHashMap 的问题，都是他最近面试遇到的。原提问如下（星球原贴地址：https://t.zsxq.com/11jcuezQs ）：
整个提问看着非常复杂，其实归纳来说就是两个问题：
-
ConcurrentHashMap为什么 key 和 value 不能为 null？ -
ConcurrentHashMap能保证复合操作的原子性吗？
下面我会以此提供这两个问题的详细答案，希望对你有帮助。
ConcurrentHashMap 为什么 key 和 value 不能为 null？
ConcurrentHashMap 的 key 和 value 不能为 null 主要是为了避免二义性。null 是一个特殊的值，表示没有对象或没有引用。如果你用 null 作为键，那么你就无法区分这个键是否存在于 ConcurrentHashMap 中，还是根本没有这个键。同样，如果你用 null 作为值，那么你就无法区分这个值是否是真正存储在 ConcurrentHashMap 中的，还是因为找不到对应的键而返回的。
拿 get 方法取值来说，返回的结果为 null 存在两种情况：
-
值没有在集合中 ； -
值本身就是 null。
这也就是二义性的由来。
具体可以参考 ConcurrentHashMap 源码分析（ https://javaguide.cn/java/collection/concurrent-hash-map-source-code.html）这篇文章。
多线程环境下，存在一个线程操作该 ConcurrentHashMap 时，其他的线程将该 ConcurrentHashMap 修改的情况，所以无法通过 containsKey(key) 来判断否存在这个键值对，也就没办法解决二义性问题了。
与此形成对比的是，HashMap 可以存储 null 的 key 和 value，但 null 作为键只能有一个，null 作为值可以有多个。如果传入 null 作为参数，就会返回 hash 值为 0 的位置的值。单线程环境下，不存在一个线程操作该 HashMap 时，其他的线程将该 HashMap 修改的情况，所以可以通过 contains(key)来做判断是否存在这个键值对，从而做相应的处理，也就不存在二义性问题。
也就是说，多线程下无法正确判定键值对是否存在（存在其他线程修改的情况），单线程是可以的（不存在其他线程修改的情况）。
如果你确实需要在 ConcurrentHashMap 中使用 null 的话，可以使用一个特殊的静态空对象来代替 null。
public static final Object NULL = new Object();
最后，再分享一下 ConcurrentHashMap 作者本人 (Doug Lea)对于这个问题的回答：
The main reason that nulls aren't allowed in ConcurrentMaps (ConcurrentHashMaps, ConcurrentSkipListMaps) is that ambiguities that may be just barely tolerable in non-concurrent maps can't be accommodated. The main one is that if
map.get(key)returnsnull, you can't detect whether the key explicitly maps tonullvs the key isn't mapped. In a non-concurrent map, you can check this viamap.contains(key), but in a concurrent one, the map might have changed between calls.
翻译过来之后的，大致意思还是单线程下可以容忍歧义，而多线程下无法容忍。
ConcurrentHashMap 能保证复合操作的原子性吗？
ConcurrentHashMap 是线程安全的，意味着它可以保证多个线程同时对它进行读写操作时，不会出现数据不一致的情况，也不会导致 JDK1.7 及之前版本的 HashMap 多线程操作导致死循环问题。但是，这并不意味着它可以保证所有的复合操作都是原子性的，一定不要搞混了！
复合操作是指由多个基本操作(如put、get、remove、containsKey等)组成的操作，例如先判断某个键是否存在containsKey(key)，然后根据结果进行插入或更新put(key, value)。这种操作在执行过程中可能会被其他线程打断，导致结果不符合预期。
例如，有两个线程 A 和 B 同时对 ConcurrentHashMap 进行复合操作，如下：
// 线程 A
if (!map.containsKey(key)) {
map.put(key, value);
}
// 线程 B
if (!map.containsKey(key)) {
map.put(key, anotherValue);
}
如果线程 A 和 B 的执行顺序是这样：
-
线程 A 判断 map 中不存在 key -
线程 B 判断 map 中不存在 key -
线程 B 将 (key, anotherValue) 插入 map -
线程 A 将 (key, value) 插入 map
那么最终的结果是 (key, value)，而不是预期的 (key, anotherValue)。这就是复合操作的非原子性导致的问题。
那如何保证 ConcurrentHashMap 复合操作的原子性呢？
ConcurrentHashMap 提供了一些原子性的复合操作，如 putIfAbsent、compute、computeIfAbsent 、computeIfPresent、merge等。这些方法都可以接受一个函数作为参数，根据给定的 key 和 value 来计算一个新的 value，并且将其更新到 map 中。
上面的代码可以改写为：
// 线程 A
map.putIfAbsent(key, value);
// 线程 B
map.putIfAbsent(key, anotherValue);
或者：
// 线程 A
map.computeIfAbsent(key, k -> value);
// 线程 B
map.computeIfAbsent(key, k -> anotherValue);
很多同学可能会说了，这种情况也能加锁同步呀！确实可以，但不建议使用加锁的同步机制，违背了使用 ConcurrentHashMap 的初衷。在使用 ConcurrentHashMap 的时候，尽量使用这些原子性的复合操作方法来保证原子性。
更多关于 ConcurrentHashMap 大家可以自行去 JavaGuide 官方网站（javaguide.cn）上进行阅读，内容非常全面。并且，上面提到的这两个问题后续也会同步上去。
