Question

我们在尝试使用HashMap中的给定键获取值时发现了NullPointerException。

以下是我将用来说明问题的示例代码。

public class Test {

    private Map<String, Integer> employeeNameToAgeMap = new HashMap<String, Integer>();

    public int getAge(String employeeName) { 
        if (!employeeNameToAgeMap.containsKey(employeeName)) {
            int age = getAgeFromSomeCustomAPI(employeeName);
            employeeNameToAgeMap.put(employeeName, age);
        }

        return employeeNameToAgeMap.get(employeeName);
    }
}

在方法的最后一行获取NullPointerException，“return employeeNameToAgeMap.get（employeeName）;”

正如我们所看到的，employeeNameToAgeMap不为null，并且调用者也没有将employeeName作为null传递（这是我们已经接受了调用代码本身）。

这个方法将从不同的线程以非常快的速度调用（来自某些计划任务，计划每100毫秒运行一次）

这个NullPointerException的原因似乎是给定员工的值（年龄）为空，但事实并非如此，因为保证自定义API方法（getAgeFromSomeCustomAPI（））返回某个年龄给定员工，即使它返回null，那么异常堆栈跟踪应该显示日志中的对应行而不是最后一行。

我唯一的假设是，当一个线程T1试图填充该缓存时，T2出现了，由于某种原因，它能够发现缓存已经拥有了employeeName，但是当它试图获得年龄时，它就抛出了一个NPE。但是我并不是100％确信当put（）操作正在进行给定的键和值时，相同键的containsKey（）返回true。

我知道需要增强此代码以解决同步问题（通过使用ConcurrentHashMap或锁定），但期待知道此问题的真正原因。

我真的很感激帮助。

Answer 1

我并非100％确信当put（）操作正在进行给定的键和值时，相同键的containsKey（）返回true。

你是正确的 - 没有任何同步，不能保证在一个线程中调用put（）会导致另一个线程为containsKey（）返回true。即使对put（）的调用已经完成，也是如此。

Java内存模型允许重新排序线程的内存读/写。这通常称为无序执行。结果是任何给定线程看到的Map的内部状态可能不一致，这可能导致数据损坏，崩溃和无限循环。

对于您的简单示例，看起来您可以简单地将HashMap替换为ConcurrentHashMap，但如果没有看到您的其他程序，就很难确定这是否正确

我建议阅读Brian Goetz的 Java Concurrency in Practice ，以便更好地理解Java内存模型。

您可能也对此博文A Beautiful Race Condition感兴趣，其中显示了为什么在没有同步的线程之间共享HashMap会导致意外行为。

修改：可能值得您关注HashMap的JavaDoc的这一部分：

如果多个线程同时访问哈希映射，并且至少有一个线程在结构上修改了映射，则必须在外部进行同步。（结构修改是添加或删除一个或多个映射的任何操作;仅更改与实例已包含的键关联的值不是结构修改。）这通常通过同步自然封装映射的某个对象来完成。。如果不存在这样的对象，那么地图应该被＆＃34;包裹＆＃34;使用Collections.synchronizedMap方法。这最好在创建时完成，以防止意外地不同步访问地图：
   Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

Answer 2

我相信您所遇到的是在您致电

期间对HashMap的重复

return employeeNameToAgeMap.get(employeeName);

有人可以相信，如果HashMap＃containsKey（key）返回true，那么应该保证，调用HashMap＃get（key）也应该返回一个有效值，只要该密钥没有从HashMap中删除。这可以通过以下事实来论证：如果密钥对应于有效值，HashMap＃containsKey（key）确实会检查：

public boolean containsKey(Object key) {
    return getEntry(key) != null;
}

但这是一种致命的误解。 HashMap＃containsKey（key）只能保证密钥在调用之前已经与某个值相关联。但是，如果多个线程正在访问地图，则不能保证HashMap #get（key）也会返回相应的值。造成这种差异的原因是，其他线程访问HashMap＃put（key，value）与任何键值对，可能会强制重新散列HashMap，从而导致重新创建内部哈希表。如果在调用HashMap＃get（key）期间发生了这样的重组，那么即使你的HashMap在调用HashMap＃containsKey（key）时返回true，HashMap＃get（key）也可能返回null。

如果您只想避免NullPointerException，可以这样做：

public class Test {

    private Map<String, Integer> employeeNameToAgeMap = new HashMap<String, Integer>();

    public int getAge(String employeeName) {
        final Integer age = employeeNameToAgeMap.get(employeeName);
        if (age == null) {
            age = getAgeFromSomeCustomAPI(employeeName);
            employeeNameToAgeMap.put(employeeName, age);
        }
        return (int)age;
    }
}

这当然会不使您的代码线程保存，但您将不再获得您现在遇到的NullPointerException。

Answer 3

这是一个很好的例子，说明为什么不被认为是线程安全的东西不应该在线程环境中使用，即使你无法想象可能出错的。这里的问题是缺乏想象力。

这里有两件事可能出错：

在Java执行重新排序是你的敌人。
如同关键字定义volatile的代码执行的顺序可以被重新排列由JVM不管出于什么目的，只要结果是在单线程环境中。因此，可以在实际设置值之前首先添加键值对，从而导致同时get调用返回中间null值。
哈希映射实现中的一些机制正在使用惰性集机制，因为在特定实现上结果更快。虽然到目前为止我看到的代码中的情况并非如此，但它告诉您，您不应该像编写代码一样期望。

要学习的一课：坚持以文档和唯一的文档，因为其他一切都没有确定，因此可能会被更改或已经对你所期望太大区别

Answer 4

employeeNameToAgeMap.get(employeeName);会返回Integer。如果Integer为空，则从您的方法返回int所需的int自动取消装箱会抛出NPE。

所以你应该写一些类似的东西：

Integer result = employeeNameToAgeMap.get(employeeName);
return result == null ? -1 : result;

或者，您可以抛出异常，例如EmployeeNotFoundException。

或者您也可以返回一个'Integer`文档，返回的值可能为null，并让客户端处理null case。

Java HashMap在get（）调用时返回null

4 个答案: