Java容器源码分析—迭代器

概述

迭代器的好处是封装容器的内部实现细节，对于不同的集合，可以提供统一的遍历方式，简化客户端的访问和获取容器内的数据；

迭代器模式

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1、定义与结构

迭代器（Iterator）模式：提供一种方法访问一个容器（container）对象中的各个元素，而又不需暴露该容器对象的内部细节；

组成：
Iterator:负责定义访问和遍历元素的接口；
Concrete Iterator：要实现迭代器接口，并要 记录遍历中的当前位置；
Container：负责定义创建具体迭代器角色的接口；
Concrete Container：实现创建具体迭代器角色的接口；

结构图：

迭代器模式在客户端与容器之间加入了迭代器角色。迭代器角色的加入，就可以很好的避免容器内部细节的暴露，而且也使得设计符合 单一职责原则；

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2、迭代器实现

看一下迭代器在Java Cellection中的迭代器实现：

//迭代器角色，仅仅定义了遍历接口
public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();
}
//容器角色，这里以 List 为例,间接实现了 Iterable 接口
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    ...
    Iterator<E> iterator();
    ...
}
public interface List<E> extends Collection<E> {}

//具体容器角色，便是实现了 List 接口的 ArrayList 等类。为了突出重点这里指罗列和迭代器相关的内容
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
…… 
//这个便是负责创建具体迭代器角色的工厂方法
public Iterator<E> iterator() {
　return new Itr();
}

//具体迭代器角色，它是以内部类的形式出来的。 AbstractList 是为了将各个具体容器角色的公共部分提取出来而存在的。
//作为内部类的具体迭代器角色
private class Itr implements Iterator<E> {
　int cursor = 0;
　int lastRet = -1;
  //集合迭代中的一种“快速失败”机制，这种机制提供迭代过程中集合的安全性. ArrayList 中存在 modCount 属性，增删操作都会使 modCount++，
//通过两者的对比,迭代器可以快速的知道迭代过程中是否存在 list.add() 类似的操作，存在的话快速失败!
　int expectedModCount = modCount;  

　public boolean hasNext() {
　　return cursor != size();
　}

　public Object next() {
　　checkForComodification();   //快速失败机制
　　try {
　　　Object next = get(cursor);
　　　lastRet = cursor++;
　　　return next;
　　} catch(IndexOutOfBoundsException e) {
　　　checkForComodification();   //快速失败机制
　　　throw new NoSuchElementException();
　　}
　}

3、适用情况

迭代器模式给容器带来的好处：

1. 支持以不同的方式遍历一个容器角色。根据实现方式的不同，效果上会有差别；
2. 简化了容器的接口；
3. 简化了遍历方式；
4. 可以提供多种遍历方式；
5. 对同一个容器对象，可以同时进行多个遍历；
6. 封装性良好，用户只需要得到迭代器就可以遍历，而对于遍历算法则不用去关心；
7. 在 Java Collection 中，迭代器提供一种快速失败机制；

Iterator迭代器与Iterable接口

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思考一下遍历一个数组的方法：

for(int i=0; i<array.size(); i++) { ... get(i) ... } 

遍历一个HashSet呢

while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... } 

客户端需要实现知道集合的类型，访问代码和集合之间是紧密耦合的，导致每一种集合对应一种遍历方法，无法复用代码；

为解决以上问题，Iterator模式总是用同一种逻辑来遍历集合：

通过Iterator,客户端从不直接和集合类打交道，它总是控制Iterator，向它发送”向前”，”向后”，”取当前元素”的指令，就可以间接遍历整个集合

for(Iterator it = c.iterator();it.hasNext();){...}

典型代码如下：

for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) { Object o = it.next(); // 对o的操作... } 

多态迭代 ： 每一种集合类返回的 Iterator 具体类型可能不同，Array 可能返回 ArrayIterator，Set 可能返回 SetIterator，Tree 可能返回 TreeIterator，但是它们都实现了 Iterator 接口 ；

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ListIterator

1、简述

ListIterator 没有当前元素；它的光标位置始终位于调用 previous() 所返回的元素和调用 next() 所返回的元素之间；

2、与Iterator区别

Iterator 和 ListIterator 主要区别有：

• ListIterator 有 add()方法，可以向 List 中添加对象，而 Iterator 不能 ；
• ListIterator 和 Iterator 都有 hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历。但是
  ListIterator 有 hasPrevious() 和 previous() 方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历，而 Iterator 就不可以 ；
• ListIterator 可以利用 nextIndex() 和 previousIndex() 定位当前的索引位置，而 Iterator没有此功能 ；
• ListIterator 可以通过 listIterator() 方法和 listIterator(int index) 方法获得，而
  Iterator 只能由 iterator() 方法获得 ；
• 二者都可以实现删除对象，但是ListIterator可以使用set()方法实现对象的修改。Iterator仅能遍历，不能修改。因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList, ArrayList等List数据结构的操作；

常见问题

1、Iterator 和ListIterator 的区别是什么？
上面说了；

2、Enumeration 接口和Iterator 接口的区别有哪些？
Enumeration 速度是Iterator 的2 倍，同时占用更少的内存。但是，Iterator 远远比Enumeration 安全，因为其他线程不能够修改正在被iterator 遍历的集合里面的对象。同时，Iterator 允许调用者删除底层集合里面的元素，这对Enumeration 来说是不可能的。