Java设计模式及应用场景之《迭代器模式》
文章目录
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- 一、迭代器模式定义
- 二、迭代器模式的结构和说明
- 三、迭代器模式示例
- 四、增强for循环原理
- 五、迭代器模式的优缺点
- 六、迭代器模式的应用场景
- 七、模式说明
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一、迭代器模式定义
Provide a way to access the elements of an aggregate object sequentially without exposing its underlying representation.
（提供一种方法顺序访问一个容器对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。）
二、迭代器模式的结构和说明
- IterableCollection 集合接口。 所要遍历的集合的接口，实现了该接口的类将成为一个可以保存多个元素的集合，类似数组。并且提供方法来获取与集合兼容的迭代器，一般JDK自带的容器中，提供的是 iterator() 方法。
- ConcreteCollection 具体集合对象。 实现创建相应的迭代器的方法。
- Iterator 迭代器接口。 负责定义访问和遍历元素的接口方法。
- ConcreteIterator 具体的迭代器对象。 实现迭代器接口中定义的访问和遍历元素的方法。
三、迭代器模式示例
假设我们需要提供一个接收集合参数的方法，在方法中会对这个集合中的内容进行遍历操作，拿我们常用的List来示意，我们一般可以这样遍历
/**
* 操作集合的方法
* @param list
*/
public void operation(List<String> list){
for(int i=0; i<list.size(); i++){
System.out.println(list.get(i));
}
// do something
}
一般情况下，我们都是使用简单列表存储元素。 但有些集合还会使用栈、 树、 图和其他复杂的数据结构。如果我们这个方法，想要接收处理这么多集合类型的数据，该怎么处理呢。
很多人都会想到，我们可以将方法参数类型改为Collection，这样可以接收很多类型的集合数据。那么，我们来改下试试。
Collection接口中没有get(i)这个方法~，这就尴尬了，那咋整，哎，有人会说，我们可以用增强for循环啊！
嗯，是的，增强for循环是可以解决这个遍历的问题，代码示意如下
/**
* 操作集合的方法
* @param collection
*/
public void operation(Collection<String> collection){
for(String str : collection){
System.out.println(str);
}
// do something
}
增强for循环之所以能实现遍历是有原因的，原理我们放到后边再说，这里先跟大家展示下通过迭代器的方式来进行遍历。
/**
* 操作集合的方法
* @param collection
*/
public void operation(Collection<String> collection){
// 创建迭代器对象
Iterator<String> iterator = collection.iterator();
// 通过迭代器对象，遍历集合中的元素
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
// do something
}
使用迭代器也很容易的解决了我们所遇到的问题。
以ArrayList为例，我们看看迭代器的原理是怎样的。
ArrayList - -> List 一> Collection 一> Iterable
ArrayLisy类实现了List接口，List接口继承Collection接口，Collection接口继承Iterable接口，在Iterable接口中，声明了一个创建迭代器的方法iterator()
public interface Iterable<T> {
/**
* 创建迭代器的方法声明
*/
Iterator<T> iterator();
}
ArrayLisy 中最终实现 iterator() 方法，返回一个新创建的Itr对象。
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
Itr 是 ArrayLisy 类中定义的，实现了 Iterator 接口的内部类 。Itr 类中实现了 hasNext() 方法和 next() 方法的具体业务逻辑。
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
...
}
hasNext() 方法判断是否有下一个元素，如果有，通过next() 方法取出，这样就实现了对 ArrayLisy 集合中元素的遍历操作。
如果我们使用的是 HashSet 而不是 ArrayLisy ，原理其实是一样的。
四、增强for循环原理
前面，我们提到可以通过增强for循环对集合进行遍历，这里我们剖析一下，这种增强for循环底层是如何实现的。
我们对如下代码进行反编译
/**
* 操作集合的方法
* @param collection
*/
public void operation(Collection<String> collection){
for(String str : collection){
System.out.println(str);
}
// do something
}
反编译后
public void operation(Collection<String> collection) {
Iterator var2 = collection.iterator();
while(var2.hasNext()) {
String str = (String)var2.next();
System.out.println(str);
}
}
通过反编译，我们看到，增强for循环遍历集合是通过迭代器模式来实现的。
除了集合，增强for循环还可以遍历数组，数组中是没办法使用迭代器模式的，那遍历数组的增强for循环又是怎么实现的呢？
/**
* 操作集合的方法
* @param Strs
*/
public void operation(String[] Strs){
for(String str : Strs){
System.out.println(str);
}
// do something
}
反编译后
public void operation(String[] Strs) {
String[] var2 = Strs;
int var3 = Strs.length;
for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
String str = var2[var4];
System.out.println(str);
}
}
反编译后，我们其实可以看到，通过增强for循环对数组进行遍历，其实就是使用了最普通的索引下标的遍历方式。
综上，归纳起来，增强for循环原理就这两点：
- 对于数组，使用索引下标遍历；
- 对于集合，使用迭代器模式遍历。
五、迭代器模式的优缺点
优点
- 访问一个聚合对象时，无需暴露该聚合对象的内部表示，从而提高聚合对象的封装性。
- 迭代器模式使得聚合内容和迭代算法分离，这样就可以通过不同的迭代器对象、不同的遍历方式来遍历一个对象。如单向迭代、双向迭代、翻页迭代等。
- 迭代器为遍历不同的聚合对象提供了一个统一的迭代接口，从而简化了客户端的调用。
缺点
- 如果你的程序只与简单的集合进行交互， 应用该模式可能会矫枉过正。
- 对于某些集合，如ArrayList， 使用迭代器可能比直接遍历的效率低。
六、迭代器模式的应用场景
- 当集合内部为复杂的数据结构， 且你希望对客户端隐藏其复杂性时，可以使用迭代器模式。
- 如果希望有多种遍历方式可以访问聚合对象，可以使用迭代器模式。
- 如果希望不同的聚合对象有一个统一的遍历接口，可以使用迭代器模式。
七、模式说明
java 中已经把迭代器运用到各个聚集类（ collection）中了，使用 java 自带的迭代器就已经满足我们的需求了。不过了解了迭代器模式，可以帮助我们更好的理解Java的一些源码实现。