java Double.isNaN检查指定的 `double` 值是否为 NaN

1. 方法定义

public static boolean isNaN(double v)

2. 功能说明

检查指定的 double 值是否为 NaN (Not-a-Number)
NaN 特征：
- 表示未定义的数学运算结果（如 √-1 或 0/0）
- 与任何值（包括自身）比较都返回 false
- 所有 NaN 值被视为相等（Double.NaN == Double.NaN 为 false，但 isNaN() 检测为 true）

3. 示例代码

public class NaNExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 NaN 值的各种方式
        double nan1 = 0.0 / 0.0;       // 0/0
        double nan2 = Math.sqrt(-1);   // √-1
        double nan3 = Double.NaN;      // 标准 NaN
        
        // 特殊值检查
        double infinity = 1.0 / 0.0;
        double normalNum = 123.45;
        
        // 使用 isNaN() 检测
        System.out.println(Double.isNaN(nan1));        // true
        System.out.println(Double.isNaN(nan2));        // true
        System.out.println(Double.isNaN(nan3));        // true
        System.out.println(Double.isNaN(infinity));     // false
        System.out.println(Double.isNaN(normalNum));    // false
        
        // 错误检测方式对比
        System.out.println(nan1 == Double.NaN);        // false (永远不成立!)
        System.out.println(nan1 == nan1);               // false (反直觉)
    }
}

4. NaN 的产生场景

操作	示例	结果
0除以0	`0.0/0.0`	NaN
负数的平方根	`Math.sqrt(-1.0)`	NaN
无穷大减无穷大	`POSITIVE_INFINITY - POSITIVE_INFINITY`	NaN
0乘无穷大	`0 * POSITIVE_INFINITY`	NaN
无效的浮点转换	`Double.longBitsToDouble(0x7FF0000000000001L)`	NaN

5. 关键特性

特性	说明
自反性	`Double.isNaN(NaN)` 始终返回 `true`
对称性	所有 NaN 值被同等对待
不可比性	`NaN` 与任何值（包括自身）比较返回 `false`
传播性	涉及 NaN 的大多数运算结果仍为 NaN
位模式	IEEE 754 标准：指数全1且尾数非0

6. 使用场景

数学计算安全检测

double calculate(double a, double b) {
    double result = a / b;
    if (Double.isNaN(result)) {
        throw new ArithmeticException("无效运算结果");
    }
    return result;
}

数据清洗

List<Double> cleanData(List<Double> input) {
    return input.stream()
               .filter(d -> !Double.isNaN(d))
               .collect(Collectors.toList());
}

科学计算容错

double safeSqrt(double x) {
    return x >= 0 ? Math.sqrt(x) : Double.NaN;
}

7. 常见错误与解决方案

错误：使用 == 检测 NaN

if (value == Double.NaN) { // 永远为false!

解决：始终使用 isNaN()

if (Double.isNaN(value)) {
    // 处理NaN
}

错误：忽略 NaN 传播

double result = (0.0/0.0) * 100; // = NaN
report(result); // 意外输出

解决：关键操作前检测输入

if (!Double.isNaN(input)) {
    process(input);
}

错误：混淆 NaN 与 Infinity

double inf = 1.0/0.0;
if (Double.isNaN(inf)) { // false!

解决：使用正确检测方法

if (Double.isInfinite(value)) {
    // 处理无穷大
} else if (Double.isNaN(value)) {
    // 处理NaN
}

8. 最佳实践

防御式编程

public void processMeasurement(double value) {
    if (Double.isNaN(value)) {
        log.warning("收到无效测量值");
        return;
    }
    // 安全处理
}

自定义 NaN 处理器

public static double replaceNaN(double value, double replacement) {
    return Double.isNaN(value) ? replacement : value;
}

流式处理集成

dataPoints.stream()
          .mapToDouble(DataPoint::getValue)
          .filter(d -> !Double.isNaN(d))
          .average()
          .orElse(0.0);

9. 性能说明

极低开销：基于简单的位检查（IEEE 754 标准）

实现原理：

public static boolean isNaN(double v) {
    return (v != v); // 利用 NaN != NaN 的特性
}

基准对比（纳秒/操作）：

Double.isNaN(): 0.3 ns
自定义位检查:   0.5 ns
异常处理检测:  >1000 ns

总结

特性	说明	推荐实践
核心功能	检测非数值结果	所有浮点计算后应检查
替代方案	`value != value`	可读性差，不推荐
错误检测	`==` 运算符无效	禁止使用 `value == Double.NaN`
性能	纳秒级操作，无性能顾虑	可频繁调用
数据完整性	数据清洗的关键工具	在数据入口点过滤 NaN

黄金法则：

永远用 isNaN() 检测 NaN，绝不用 ==

在数据处理的每个阶段检查 NaN

区分 NaN 和 Infinity（两者都需要特殊处理）

考虑用默认值替换 NaN（如 0.0 或 Double.NaN 保持标记）

IEEE 754 位模式：

NaN 位模式 = 指数全1 (0x7FF) + 非零尾数
示例：0x7FF0000000000001L = NaN