谈下Java集合框架存储是否能存储null

前言：
记得初学 Java Collections Framework时，每次需要记一些如Hashtable不能存储null，HashMap能存储，还有List和Set能不能存储null，这在我初学阶段都是得死记硬背的，最近看了下集合框架的一些源码加上网上各路大神的看法，所以总结了下，如有误，请及时指正。

看看Map

看看HashMap的put方法

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

这里put时需要计算hash()方法，当key为null时，hash()直接返回0，不会调用key。hashCode()方法。不会产生空指针报错。不过HashMap的key只能存储一个null，因为key是不能重复的，所以有且只能有一个null。
注意：HashMap 允许有一个 Node 的 Key 为 null，该 Node 一定会放在第 0 个桶的位置，因为这个 Key 无法计算 hashCode()，因此只能规定一个桶让它存放。

下面看看Hashtable

 public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

在方法开头也对value进行了null的判断，如果为空直接抛出空指针异常。而且这里没有管是否key为null，所以在int hash = key.hashCode();这行中如果key为null，会报空指针异常。从源码直接看到Hashtable不能存储null的key和value。

看看TreeMap

public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            @SuppressWarnings("unchecked")
                Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }

还有这段代码中的compare()方法：

@SuppressWarnings("unchecked")
    final int compare(Object k1, Object k2) {
        return comparator==null ? ((Comparable<? super K>)k1).compareTo((K)k2)
            : comparator.compare((K)k1, (K)k2);
    }

可以看到key为空时会抛出空指针异常，这里没有直接看出value是否能为空，但是通过自己写单元测试后发现是可以存储value为null的值的。还有从compare方法中的compreTo方法可以看出key为null也会抛出空指针异常。

接下来看看List

看看ArrayList的源码：

public boolean add(E e) {
    	// 看是否需要扩容，需要则进行扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

这里是没有对是否为null有所要求的，且List底层为Object数组。无论存不存储null是没有影响的。而对于LinkedList，底层为双向链表，节点的值node.value=null是没有影响的。

对于Vector，和ArrayList源码很相似，add方法几乎相同也没有对null的限制。

Set

由于HashSet的底层是HashMap，Set存储的值都是在key中，所以可以看出Set不能存储重复值的原因就来自于Key不能重复，由于是HashMap，所以key是可以为null的即HashSet有且仅有一个null值。
而对于TreeSet，其底层也是TreeMap，所以对于null的限制也同TreeMap，这里就不多说了。

为什么Hashtable键和值都设计成不能为null

参考https://www.jianshu.com/p/c32e192e371d中的引自牛客网的大佬的解释：
因为Hashtable，ConcurrentHashMap它们是用于多线程的，并发的，如果map.get(key)得到了null ，不能判断到底是映射的value是nll，还是因为没有找到对应的key而为空，而用于单线程状态的Hashmap却可以用containsKey ( key )去判断到底是否包含了这个null。而为什么Hashtable不能用containsKey()方法呢？因为要考虑到原子性问题：一个线程先get(key)再containsKey(key)，这两个方法的中间时刻，其他线程怎么操作这个key都会可能发生，例如删掉这个key。就不能保证操作的原子性了。