Java 集合和 null 值：容忍和限制

1. 概述

在本文中，我們將探討不同 Java 集合類型null值的容忍度和限制。 Java 集合以不同的方式處理null值，需要仔細注意。

雖然ArrayList和HashMap允許null值，但存取它們會帶來NullPointerException.相比之下， TreeMap完全禁止null鍵。了解這些差異對於避免執行時間錯誤至關重要，尤其是在使用 Streams 或處理集合時。正確的空值檢查可確保程式碼穩健且無錯誤。

2. List中的ull值

List可以包含null元素。我們可以新增和檢索null值而不會出現錯誤。但是，在檢索後始終檢查null以避免NullPointerException.

首先，我們定義一個可重複使用的 lambda 表達式來計算集合中的null值：

Function<Collection<?>, Long> countNulls

 = collection -> collection.stream().filter(Objects::isNull).count();

Function<Collection<?>, Long>介面定義一個 lambda 表達式，該表達式採用Collection<?>並傳回null值的計數。 stream()方法將集合轉換為流， filter(Objects::isNull)只保留null元素， count()會傳回這些null元素的數量。

現在，讓我們測試如何處理新增到清單中的null值：

@Test

 void givenList_whenNullValueAdded_doesNotFail() {

 // adding nulls to a list

 Integer[] numberArray = { null, 0, 1, null, 2, 3, null };

 List<Integer> numbers = Arrays.asList(numberArray);

 assertEquals(3, countNulls.apply(numbers));



 // accessing nulls from a list

 Integer number = numbers.get(0);

 assertNull(number);



 // dereferencing nulls from a list

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> number.toString());

 }

此測試驗證向List新增null值不會導致錯誤。然後，測試驗證我們的函數是否準確地計算了null元素的數量。接下來，測試斷言存取清單中的null元素將傳回null.最後，它確保嘗試取消引用null （透過呼叫其方法）會拋出NullPointerException.

3. Set中的ull值

Set由唯一的元素組成，這意味著每個元素只能出現一次。此外， Set一次最多可以包含一個null值。此特性可確保no duplicates並有助於維護資料的完整性。

並非所有類型的集合都允許null值。讓我們來探討一下背後的原因。

一個HashSet可以保存一個null值。在HashMap的支援下，基於哈希的查找可以處理單一null元素。但是，如果在自訂邏輯（例如雜湊）中使用null ，我們需要謹慎處理可能引發NullPointerException的操作。

TreeSet不能保存null值，因為它依賴Comparable或自訂Comparator 。任何新增null嘗試都會導致NullPointerException ，因為自然排序無法比較null 。

讓我們繼續檢查Set null值的管理。首先，讓我們檢查一個HashSet ：

@Test

 void givenHashSet_whenNullValueAdded_doesNotFail() {

 // adding nulls to a HashSet

 Integer[] numberArray = { null, 0, 1, null, 2, 3, null };

 Set<Integer> numbers = new HashSet<>(Arrays.asList(numberArray));

 assertEquals(1, countNulls.apply(numbers));



 // accessing null from a set

 assertTrue(numbers.contains(null));



 // dereferencing nulls from a set

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> numbers.forEach(Object::toString()));

 }

在這裡，我們確認在HashSet加入null值不會導致錯誤。然後，我們驗證重複的null條目是否被忽略。然後，我們檢查該集合是否正確包含一個null ，並且嘗試在集合迭代中取消引用null會引發NullPointerException.

現在，是時候檢查TreeSet如何處理null值了：

@Test

 void givenTreeSet_whenNullValueAdded_mightFail() {

 // adding nulls to a TreeSet

 Integer[] numberArray = { null, 0, 1, null, 2, 3, null };

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> new TreeSet<>(Arrays.asList(numberArray)));

 }

此測試示範了在TreeSet新增null值會引發NullPointerException.請記住， TreeSet要求元素可比較，排序時不能比較null 。

4. Map中的ull值

Java 中的HashMap是一種允許儲存鍵值對的資料結構，可容納一個null鍵和多個null值。這意味著我們可以插入單一null鍵，同時我們可以將多個null值與其他鍵相關聯。當添加null鍵時，專門將其儲存在為null鍵保留的指定雜湊桶中。

當使用get()方法檢索與null鍵關聯的值時， HashMap會優雅地處理這種情況，而不會引發任何異常，從而使開發人員可以輕鬆地使用null鍵。

但是，在程式碼中取消引用這些null鍵和值時要小心，因為嘗試對null參考進行操作可能會導致NullPointerException 。因此，應該實施適當的檢查，以確保我們有效地管理null值，以防止運行時錯誤：

@Test

 void givenHashMap_whenNullKeyValueAdded_doesNotFail() {

 // adding nulls to key-value pairs

 Integer[] numberArray = { null, 0, 1, null, 2, 3, null };

 Map<Integer, Integer> numbers = new HashMap<>();

 Arrays.stream(numberArray)

 .forEach(integer -> numbers.put(integer, integer));

 assertEquals(1, countNulls.apply(numbers.keySet()));

 assertEquals(1, countNulls.apply(numbers.values()));



 // accessing nulls from a map

 assertTrue(numbers.containsKey(null));

 assertTrue(numbers.containsValue(null));

 assertNull(numbers.get(null));



 // dereferencing nulls from a map

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> numbers.get(null)

 .toString());

 }

在上面的測試中，我們驗證了在HashMap加入null鍵和值不會導致錯誤，這證明了HashMap's將null作為鍵和值處理的能力。我們也檢查是否存在null鍵和值的行為，確認null,並斷言取消引用null會觸發NullPointerException.

現在，是時候檢查TreeMap如何處理null值了：

@Test

 void givenTreeMap_whenNullKeyAdded_fails() {

 // adding nulls to key-value pairs

 Map<Integer, Integer> numbers = new TreeMap<>();



 // adding null key and null value

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> numbers.put(null, null));



 // adding null key and non-null value

 assertThrows(NullPointerException.class, () -> numbers.put(null, 1));



 // adding non-null key and null value

 assertDoesNotThrow(() -> numbers.put(1, null));



 // adding non-null key and non-null value

 assertDoesNotThrow(() -> numbers.put(1, 1));

 }

在這裡，我們示範了TreeMap在嘗試新增null鍵時拋出NullPointerException ，無論值是否為null.但是，我們可以看到，如果鍵為非 null ，則它允許null值.

5. 結論

在本文中，我們探討了 Java 集合如何處理null值，從ArrayList和HashSet的靈活性到TreeMap's嚴格限制。了解這些行為有助於防止錯誤，確保更安全的資料處理和更可靠的應用程式。

與往常一樣，所有程式碼範例都可以在 GitHub 上取得。