Java 集合：NPE，即使没有添加空值

Question

我最近收到了 NPE，当时我绝对确信这是不可能的。该类在一个非常多线程的程序中使用，所以我知道您应该期望基本上任何事情都是可能的，但仍然如此。

因此，该类定义了以下字段：

private final Set<TcpIpConnection> _connections = new LinkedHashSet<>();

整个班级中，这个集合只在两个地方被操作：

// some method
  TcpIpConnection tcpipConnection = new ServerConnection(clientSocket, _channels, MyClass.this);
  _connections.add(tcpipConnection);
// some other method
  _connections.remove(connection);

所以我认为您会同意无法将

null

添加到集合中。是的，该集合保留在类中，并且永远不会扩散到外部。

但是现在我有一个测试用例，有时会在以下语句中失败并出现 NPE，这是类中唯一使用

_connections

的其他语句：

new ArrayList<>(_connections).stream().forEach(c -> c.close("Server down"));

如您所见，我已经通过首先创建该集的本地副本作为

ConcurrentModificationException

来阻止

ArrayList

。

现在出现

c

的 NPE，它一定是之前添加到

_connections

的值 - 但怎么会变成

null

？

要明确的是，我不是在寻找解决方案 - 我在流中添加了

filter(Objects::nonNull)

（或者我可以在初始化程序中使用

Collections.synchronizedSet()

），并且它现在保证可以工作。

这怎么可能发生？是的，多线程访问几乎可以搞砸一切，但是将

null

放入不存在的集合中？

Answer 1

正如您所提到的，您必须在初始化程序中使用

Collections.synchronizedSet()

。

操作不同线程中未同步的集合可能会（肯定会）弄乱

LinkedHashSet

内部状态。 （即条目之间的双重链接等）

另一个好的（可能是最好的）方法是将您的

Set

封装到另一个类中，并提供同步方法来添加和删除连接。

可能是这样的：

class ConnectionManager
{
  public static ConnectionManager instance = new ConnectionManager();
  
  private Set<TcpIpConnection> connections = new LinkedHashSet<>();

  private ConnectionManager { } // protection against external construction

  public static ConnectionManager getInstance() {
     return instance;
  }

  public synchronized void add(TcpIpConnection connection) {
      this.connections.add(connections);
  }
 
  public synchronized void remove(TcpIpConnection connection) {
      this.connections.remove(connections);
  }

  public Set <TcpIpConnection> getConnections() {
     return Collections.unmodifiableSet(this.connections);
  }
 }

然后在你的代码中：

TcpIpConnection tcpipConnection = new ServerConnection(clientSocket, _channels, MyClass.this);
ConnectionManager.getInstance().add(tcpipConnection);

// or

ConnectionManager.getInstance().remove(tcpipConnection);

并使用您的信息流：

ConnectionManager.getInstance()
                 .getConnections()
                 .stream()
                 .forEach(c -> c.close("Server down"));

希望对您有帮助。

Answer 2

只是为了解释为什么 null 是可能的

以下参考的是jdk-21+35

在

new ArrayList<>(_connections)

中，会调用
_connections.toArray()
-> HashSet#toArray()（LinkedHashSet 扩展了 HashSet）
-> LinkedHashMap#keysToArray()（因为 LinkedHashSet 由 LinkedHashMap 支持）

    // HashSet#toArray()
    @Override
    public Object[] toArray() {
        return map.keysToArray(new Object[map.size()]);
    }

在这里我们可以看到一个Object[]被构造成长度为

map.size()

，并且这个Object[]将被复制到ArrayList中。

    // LinkedHashMap#keysToArray()
    final <T> T[] keysToArray(T[] a) {
        return keysToArray(a, false);
    }

    final <T> T[] keysToArray(T[] a, boolean reversed) {
        Object[] r = a;
        int idx = 0;
        if (reversed) {
            for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = tail; e != null; e = e.before) {
                r[idx++] = e.key;
            }
        } else {
            for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {
                r[idx++] = e.key;
            }
        }
        return a;
    }

上面是我们如何为 Object[] 设置值。 因此，在并发环境中，当我们调用

HashSet#toArray()

时，映射大小可能为 2，但是当我们转到

LinkedHashMap#keysToArray()

时，映射大小可能为 1（某些线程删除了中间的元素），因此可能存在一些 null Object[] 中的元素。反之亦然

ArrayIndexOutOfBound

可能会被抛出。