java提高篇（三十）-----Iterator

Posted 2020-09-17 blfbuaa

        迭代对于我们搞Java的来说绝对不陌生。我们常用JDK提供的迭代接口进行Java集合的迭代。

Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String string = iterator.next();
            //do something
        }

        迭代事实上我们能够简单地理解为遍历。是一个标准化遍历各类容器里面的全部对象的方法类，它是一个非常典型的设计模式。Iterator模式是用于遍历集合类的标准訪问方法。它能够把訪问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向client暴露集合的内部结构。 在没有迭代器时我们都是这么进行处理的。例如以下：

        对于数组我们是使用下标来进行处理的:

int[] arrays = new int[10];
for(int i = 0 ; i < arrays.length ; i++){
       int a = arrays[i];
       //do something
   }

        对于ArrayList是这么处理的:

List<String> list = new ArrayList<String>();
   for(int i = 0 ; i < list.size() ;  i++){
      String string = list.get(i);
      //do something
   }

        对于这两种方式。我们总是都事先知道集合的内部结构，訪问代码和集合本身是紧密耦合的，无法将訪问逻辑从集合类和client代码中分离出来。同一时候每一种集合相应一种遍历方法，client代码无法复用。 在实际应用中怎样须要将上面将两个集合进行整合是相当麻烦的。

所以为了解决以上问题，Iterator模式腾空出世，它总是用同一种逻辑来遍历集合。使得client自身不须要来维护集合的内部结构。全部的内部状态都由Iterator来维护。

client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"的命令。就能够间接遍历整个集合。

        上面仅仅是对Iterator模式进行简单的说明，以下我们看看Java中Iterator接口，看他是怎样来进行实现的。

一、java.util.Iterator

        在Java中Iterator为一个接口。它仅仅提供了迭代了基本规则，在JDK中他是这样定义的：对 collection 进行迭代的迭代器。

迭代器代替了 Java Collections Framework 中的 Enumeration。迭代器与枚举有两点不同：

        1、迭代器同意调用者利用定义良好的语义在迭代期间从迭代器所指向的 collection 移除元素。

        2、方法名称得到了改进。

        其接口定义例如以下：

public interface Iterator {
　　boolean hasNext();
　　Object next();
　　void remove();
}

        当中：

        Object next()：返回迭代器刚越过的元素的引用，返回值是Object，须要强制转换成自己须要的类型

        boolean hasNext()：推断容器内是否还有可供訪问的元素

        void remove()：删除迭代器刚越过的元素

        对于我们而言。我们仅仅一般仅仅需使用next()、hasNext()两个方法就可以完毕迭代。例如以下：

for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) {
　　Object o = it.next();
　　 //do something
}

        前面阐述了Iterator有一个非常大的长处,就是我们不必知道集合的内部结果,集合的内部结构、状态由Iterator来维持，通过统一的方法hasNext()、next()来推断、获取下一个元素，至于详细的内部实现我们就不用关心了。

可是作为一个合格的程序猿我们非常有必要来弄清晰Iterator的实现。以下就ArrayList的源代码进行分析分析。

二、各个集合的Iterator的实现

        以下就ArrayList的Iterator实现来分析，事实上假设我们理解了ArrayList、Hashset、TreeSet的数据结构，内部实现，对于他们是怎样实现Iterator也会胸有成竹的。由于ArrayList的内部实现採用数组。所以我们仅仅须要记录相应位置的索引就可以，其方法的实现比較简单。

2.1、ArrayList的Iterator实现

        在ArrayList内部首先是定义一个内部类Itr，该内部类实现Iterator接口，例如以下：

private class Itr implements Iterator<E> {
    //do something
}

        而ArrayList的iterator()方法实现：

public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

        所以通过使用ArrayList.iterator()方法返回的是Itr()内部类。所以如今我们须要关心的就是Itr()内部类的实现：

在Itr内部定义了三个int型的变量：cursor、lastRet、expectedModCount。当中cursor表示下一个元素的索引位置，lastRet表示上一个元素的索引位置

int cursor;             
int lastRet = -1;     
int expectedModCount = modCount;

        从cursor、lastRet定义能够看出。lastRet一直比cursor少一所以hasNext()实现方法异常简单，仅仅须要推断cursor和lastRet是否相等就可以。

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

        对于next()实现事实上也是比較简单的。仅仅要返回cursor索引位置处的元素就可以，然后改动cursor、lastRet就可以，

public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;    //记录索引位置
            if (i >= size)    //假设获取元素大于集合元素个数。则抛出异常
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;      //cursor + 1
            return (E) elementData[lastRet = i];  //lastRet + 1 且返回cursor处元素
        }

        checkForComodification()主要用来推断集合的改动次数是否合法，即用来推断遍历过程中集合是否被改动过。在java提高篇（二一）-----ArrayList中已经阐述了。modCount用于记录ArrayList集合的改动次数，初始化为0，，每当集合被改动一次（结构上面的改动。内部update不算），如add、remove等方法，modCount + 1，所以假设modCount不变，则表示集合内容没有被改动。

该机制主要是用于实现ArrayList集合的高速失败机制。在Java的集合中，较大一部分集合是存在高速失败机制的，这里就不多说。后面会讲到。所以要保证在遍历过程中不出错误，我们就应该保证在遍历过程中不会对集合产生结构上的改动（当然remove方法除外）。出现了异常错误，我们就应该认真检查程序是否出错而不是catch后不做处理。

       final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

        对于remove()方法的是实现，它是调用ArrayList本身的remove()方法删除lastRet位置元素。然后改动modCount就可以。

public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        这里就对ArrayList的Iterator实现解讲到这里。对于Hashset、TreeSet等集合的Iterator实现，各位假设感兴趣能够继续研究。个人觉得在研究这些集合的源代码之前，有必要对该集合的数据结构有清晰的认识。这样会达到事半功倍的效果！。！！

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