Java每日面试题Iterator迭代器到底是什么?

Posted 2021-06-30 JavaEdge.

我们常使用 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
}

迭代可以简单地理解为遍历，是一个标准化遍历各类容器里面的所有对象的方法类。Iterator 模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合内部结构。

在没有迭代器时，我们都这么处理：
数组处理：

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

ArrayList处理：

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

这些方式，都需要事先知道集合内部结构，访问代码和集合结构本身紧耦合，无法将访问逻辑从集合类和客户端代码中分离。同时每一种集合对应一种遍历方法，客户端代码无法复用。

实际应用中，若需要将上面将两个集合进行整合，则很麻烦。所以为解决如上问题， Iterator 模式诞生了。
它总是用同一种逻辑遍历集合，从而客户端无需再维护集合内部结构，所有内部状态都由 Iterator 维护。客户端不直接和集合类交互，它只控制 Iterator，向它发送”向前”，”向后”，”取当前元素”的命令，即可实现对客户端透明地遍历整个集合。

1 java.util.Iterator

在 Java 中 Iterator 为一个接口，它只提供迭代的基本规则，在 JDK 中他是这样定义的：对 collection 进行迭代的迭代器。

迭代器取代了Java集合框架中的 Enumeration。迭代器与枚举有两点不同：

1. 迭代器允许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. 优化方法名

其接口定义如下：

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

boolean hasNext()：判断容器内是否还有可供访问的元素

void remove()：删除迭代器刚越过的元素

一般只需使用 next()、hasNext() 即可完成迭代：

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

所以Iterator一大优点是无需知道集合内部结构。集合的内部结构、状态都由 Iterator 维护，通过统一的方法 hasNext()、next() 来判断、获取下一个元素，至于具体的内部实现我们就不用关心了。

各个集合的 Iterator 实现

ArrayList 的内部实现采用数组，所以我们只需要记录相应位置的索引即可。

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，如下：
private class Itr implements Iterator {
//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，所以现在我们需要关心的就是 Itr() 内部类的实现：

在 Itr 内部定义了三个 int 型的变量：cursor、lastRet、expectedModCount。其中 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 定义可以看出，lastRet 一直比 cursor 少一所以 hasNext() 实现方法异常简单，只需要判断 cursor 和 lastRet 是否相等即可。

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

对于 next() 实现其实也是比较简单的，只要返回 cursor 索引位置处的元素即可，然后修改 cursor、lastRet 即可，

public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;    //记录索引位置
            if (i >= size)    //如果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() 主要用来判断集合的修改次数是否合法，即用来判断遍历过程中集合是否被修改过。
modCount 用于记录 ArrayList 集合的修改次数，初始化为 0，，每当集合被修改一次（结构上面的修改，内部update不算），如 add、remove 等方法，modCount + 1，所以如果 modCount 不变，则表示集合内容没有被修改。该机制主要是用于实现 ArrayList 集合的快速失败机制，
在 Java 的集合中，较大一部分集合是存在快速失败机制的，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修改（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，然后修改 modCount 即可。

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 实现讲解到这里，对于 Hashset、TreeSet 等集合的 Iterator 实现，各位如果感兴趣可以继续研究，个人认为在研究这些集合的源码之前，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！！！！