Java--Iterator迭代器(集合的遍历)
目录
一.Iterator接口API
二.迭代器的实现原理
三.ListIterator
四.ConcurrentModificationException（使用迭代器报这个错可以来看下原因及解决方案）
modCount与fail-fast机制
一.Iterator接口API
在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同，Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。
想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：
public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。下面介绍一下迭代的概念：
迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。
Iterator接口的常用方法如下：
public E next():返回迭代的下一个元素。
public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
public void remove():通过迭代器删除元素
接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：
public class IteratorDemo {
public static void main(String[] args) {
// 使用多态方式 创建对象
Collection coll = new ArrayList();
// 添加元素到集合
coll.add("串串星人");
coll.add("吐槽星人");
coll.add("汪星人");
//遍历
//使用迭代器 遍历 每个集合对象都有自己的迭代器
Iterator it = coll.iterator();
// 泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
String s = it.next();//获取迭代出的元素
System.out.println(s);
}
}
} ❌ tips:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。
二.迭代器的实现原理
我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。
Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：
总结：在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，指向第一个元素，当第一次调用迭代器的next方法时，返回第一个元素，然后迭代器的索引会向后移动一位，指向第二个元素，当再次调用next方法时，返回第二个元素，然后迭代器的索引会再向后移动一位，指向第三个元素，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。
三.ListIterator
⭕️List 集合额外提供了一个 listIterator() 方法，该方法返回一个 ListIterator 对象， ListIterator 接口继承了 Iterator 接口，提供了专门操作 List 的方法：
void add()：通过迭代器添加元素到对应集合
void set(Object obj)：通过迭代器替换正迭代的元素
void remove()：通过迭代器删除刚迭代的元素
boolean hasPrevious()：如果以逆向遍历列表，往前是否还有元素。
Object previous()：返回列表中的前一个元素。
int previousIndex()：返回列表中的前一个元素的索引
boolean hasNext()
Object next()
int nextIndex()
下面代码示例 ， 这里用法和Iterator一致 ， 不做过多的赘述 ，需要注意ListIterator仅针对List集合才可以使用
public static void main(String[] args) {
List c = new ArrayList<>();
c.add(new Student(1,"张三"));
c.add(new Student(2,"李四"));
c.add(new Student(3,"王五"));
c.add(new Student(4,"赵六"));
c.add(new Student(5,"钱七"));
//从指定位置往前遍历
ListIterator listIterator = c.listIterator(c.size());
while(listIterator.hasPrevious()){
Student previous = listIterator.previous();
System.out.println(previous);
}
} 四.ConcurrentModificationException（使用迭代器报这个错可以来看下原因及解决方案）
modCount与fail-fast机制
⭕️当使用foreach或Iterator迭代器遍历集合时，同时调用迭代器自身以外的方法修改了集合的结构，例如调用集合的add和remove方法时，就会报ConcurrentModificationException。
public class TestForeach {
public static void main(String[] args) {
Collection list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
list.add("java");
list.add("atguigu");
list.add("world");
Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
list.remove(iterator.next());//指的就是这里，遍历时，使用了集合的remove方法
//iterator.remove(); 使用迭代器的删除方法，删除元素问题就解决了
}
}
} ✍️报错的原因想必到现在你已经知道为什么了 ， 下面的内容会展开说下modCount与fail-fast机制 ， 感兴趣的话可以看下
如果在Iterator、ListIterator迭代器创建后的任意时间从结构上修改了集合（通过迭代器自身的 remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就完全失败，而不是冒着在将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。
这样设计是因为，迭代器代表集合中某个元素的位置，内部会存储某些能够代表该位置的信息。当集合发生改变时，该信息的含义可能会发生变化，这时操作迭代器就可能会造成不可预料的事情。因此，果断抛异常阻止，是最好的方法。这就是Iterator迭代器的快速失败（fail-fast）机制。
注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在不同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug。例如：
@Test
public void test02() {
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
list.add("java");
list.add("atguigu");
list.add("world");
//以下代码没有发生ConcurrentModificationException异常
Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
String str = iterator.next();
if("atguigu".equals(str)){
list.remove(str);
}
}
} 那么如何实现快速失败（fail-fast）机制的呢？
在ArrayList等集合类中都有一个modCount变量。它用来记录集合的结构被修改的次数。
当我们给集合添加和删除操作时，会导致modCount++。
然后当我们用Iterator迭代器遍历集合时，创建集合迭代器的对象时，用一个变量记录当前集合的modCount。例如：
int expectedModCount = modCount;，并且在迭代器每次next()迭代元素时，都要检查expectedModCount != modCount，如果不相等了，那么说明你调用了Iterator迭代器以外的Collection的add,remove等方法，修改了集合的结构，使得modCount++，值变了，就会抛出ConcurrentModificationException。
下面以AbstractList
AbstractList
/**
* The number of times this list has been structurally modified.
* Structural modifications are those that change the size of the
* list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in
* progress may yield incorrect results.
*
* This field is used by the iterator and list iterator implementation
* returned by the {@code iterator} and {@code listIterator} methods.
* If the value of this field changes unexpectedly, the iterator (or list
* iterator) will throw a {@code ConcurrentModificationException} in
* response to the {@code next}, {@code remove}, {@code previous},
* {@code set} or {@code add} operations. This provides
* fail-fast behavior, rather than non-deterministic behavior in
* the face of concurrent modification during iteration.
*
*
Use of this field by subclasses is optional. If a subclass
* wishes to provide fail-fast iterators (and list iterators), then it
* merely has to increment this field in its {@code add(int, E)} and
* {@code remove(int)} methods (and any other methods that it overrides
* that result in structural modifications to the list). A single call to
* {@code add(int, E)} or {@code remove(int)} must add no more than
* one to this field, or the iterators (and list iterators) will throw
* bogus {@code ConcurrentModificationExceptions}. If an implementation
* does not wish to provide fail-fast iterators, this field may be
* ignored.
*/
protected transient int modCount = 0;
modCount是这个list被结构性修改的次数。结构性修改是指：改变list的size大小，或者，以其他方式改变他导致正在进行迭代时出现错误的结果。
这个字段用于迭代器和列表迭代器的实现类中，由迭代器和列表迭代器方法返回。如果这个值被意外改变，这个迭代器将会抛出 ConcurrentModificationException的异常来响应：next,remove,previous,set,add 这些操作。在迭代过程中，他提供了fail-fast行为而不是不确定行为来处理并发修改。
子类使用这个字段是可选的，如果子类希望提供fail-fast迭代器，它仅仅需要在add(int, E),remove(int)方法（或者它重写的其他任何会结构性修改这个列表的方法）中添加这个字段。调用一次add(int,E)或者remove(int)方法时必须且仅仅给这个字段加1，否则迭代器会抛出伪装的ConcurrentModificationExceptions错误。如果一个实现类不希望提供fail-fast迭代器，则可以忽略这个字段。
Arraylist的Itr迭代器：
private class Itr implements Iterator {
int cursor;
int lastRet = -1;
int expectedModCount = modCount;//在创建迭代器时，expectedModCount初始化为当前集合的modCount的值
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();//校验expectedModCount与modCount是否相等
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];
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)//校验expectedModCount与modCount是否相等
throw new ConcurrentModificationException();//不相等，抛异常
}
}