Java全栈JavaSE：20.集合之CollectionIterator迭代器ListSet
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java全栈JavaSE：20.集合之CollectionIterator迭代器ListSet相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
集合
集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。
集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？
- 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
- 数组中可以存储基本数据类型值，也可以存储对象，而集合中只能存储对象
集合主要分为两大系列：Collection和Map，Collection 表示一组对象，Map表示一组映射关系或键值对。
1.Collection
- Collection 层次结构中的根接口。Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。一些 collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的（根据实现的子接口来确定的）。JDK 不提供此接口的任何直接实现：它提供更具体的子接口（如 Set 和 List、Queue）实现。此接口通常用来传递 collection，并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。
- Collection集合中可以存放不同类型的元素
Collection<E>是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：
1、添加元素
（1）add(E obj)：添加元素对象到当前集合中.如果添加的是基本数据类型，会自动装箱为包装类
（2）addAll(Collection<? extends E> other)：添加other集合中的所有元素对象到当前集合中，即this = this ∪ other
2、删除元素
（1） boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与obj对象equals返回true的元素。
（2）boolean removeAll(Collection<?> coll)：从当前集合中删除所有与coll集合中相同的元素。即this = this - this ∩ coll
（3）void clear()：删除当前集合中的所有元素
3、判断
（1）boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合。
（2）boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与obj对象equals返回true的元素。
（3）boolean containsAll(Collection<?> c)：判断c集合中的元素是否在当前集合中都存在。即c集合是否是当前集合的“子集”。
4、获取元素个数
（1）int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数
5、交集
（1）boolean retainAll(Collection<?> coll)：当前集合仅保留与c集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即this = this ∩ coll；
6、转为数组
（1）Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组
方法演示：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class Demo1Collection {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
// 使用多态形式
// 注意：ArrayList不是Collection接口的实现类，而是Collection的子接口List的实现类。因为Collection没有提供任何实现类的方法
Collection coll = new ArrayList();
// 使用方法
// 添加功能 boolean add(String s)
coll.add("小李广");
coll.add("扫地僧");
coll.add("石破天");
System.out.println(coll); // [小李广, 扫地僧, 石破天]
// boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
System.out.println("判断 扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));
//boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));
System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);
// size() 集合中有几个元素
System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");
// Object[] toArray()转换成一个Object数组
Object[] objects = coll.toArray();
// 遍历数组
for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
System.out.println(objects[i]);
}
// void clear() 清空集合
coll.clear();
System.out.println("集合中内容为："+coll);
// boolean isEmpty() 判断是否为空
System.out.println(coll.isEmpty());
}
}
@Test
public void test2(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(1);
coll.add(2);
System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());
Collection other = new ArrayList();
other.add(1);
other.add(2);
other.add(3);
coll.addAll(other);
// coll.add(other);
System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());
}
注意：coll.addAll(other);与coll.add(other);
@Test
public void test5(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(1);
coll.add(2);
coll.add(3);
coll.add(4);
coll.add(5);
System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());//5
Collection other = new ArrayList();
other.add(1);
other.add(2);
other.add(8);
coll.retainAll(other);//保留交集
System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());//2
}
2.Iterator迭代器
2.1 Iterator接口
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。
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<String> coll = new ArrayList<String>();
// 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<String> 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。
2.2 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：
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。
2.3 使用Iterator迭代器删除元素
java.util.Iterator迭代器中有一个方法：
void remove() ; // 删除当前迭代出来的元素
那么，既然Collection已经有remove(xx)方法了，为什么Iterator迭代器还要提供删除方法呢？
因为Collection的remove方法，无法根据条件删除。
例如：要删除以下集合元素中的偶数
@Test
public void test02(){
Collection<Integer> coll = new ArrayList<>();
coll.add(1);
coll.add(2);
coll.add(3);
coll.add(4);
// coll.remove(?)//无法编写
Iterator<Integer> iterator = coll.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Integer element = iterator.next();
if(element%2 == 0){
// coll.remove(element);//错误的
iterator.remove();
}
}
System.out.println(coll); // [1, 3]
}
注意：不要在使用Iterator迭代器进行迭代时，调用Collection的remove(xx)方法，否则会报异常java.util.ConcurrentModificationException，或出现不确定行为。
2.4 增强for
增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。
格式：
for(元素的数据类型 变量 : Collection集合or数组){
//写操作代码
}
练习1：遍历数组
通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对数组元素进行修改。
public class NBForDemo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {3,5,6,87};
//使用增强for遍历数组
for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
System.out.println(a);
}
}
}
练习2：遍历集合
通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增加、删除、替换操作。
public class NBFor {
public static void main(String[] args) {
Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
coll.add("小河神");
coll.add("老河神");
coll.add("神婆");
//使用增强for遍历
for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
System.out.println(s);
}
}
}
2.5 java.lang.Iterable接口
java.lang.Iterable接口，实现这个接口允许对象成为 “foreach” 语句的目标。
Java 5时Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，因此Collection系列的集合就可以直接使用foreach循环遍历。
java.lang.Iterable接口的抽象方法：
- public Iterator iterator(): 获取对应的迭代器，用来遍历数组或集合中的元素的。
自定义某容器类型，实现java.lang.Iterable接口，发现就可以使用foreach进行迭代。
import java.util.Iterator;
public class TestMyArrayList {
public static void main(String[] args) {
MyArrayList<String> my = new MyArrayList<>();
for(String obj : my) {
System.out.println(obj);
}
}
}
class MyArrayList<T> implements Iterable<T>{
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return null;
}
}
foreach本质上就是使用Iterator迭代器进行遍历的。
我们在如下代码的for(Student student : coll)这行打断点，然后使用单步调试进入源码，发现foreach本质上是调用集合的iterator()方法，返回一个迭代器进行迭代的
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class TestForeach {
public static void main(String[] args) {
Collection<String> coll = new ArrayList<>();
coll.add("陈琦");
coll.add("李晨");
coll.add("邓超");
coll.add("黄晓明");
//调用ArrayList里面的Iterator iterator()
for (String str : coll) {
System.out.println(str);
}
}
}
所以也不要在foreach遍历的过程使用Collection的remove()方法。否则，要么报异常java.util.ConcurrentModificationException，要么行为不确定。
2.6 Java中modCount的用法，快速失败（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。
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
public class TestForeach {
public static void main(String[] args) {
Collection<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
list.add("java");
list.add("atguigu");
list.add("world");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
list.remove(iterator.next());
}
}
}
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<String> 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<String> 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和ArrayList.Itr迭代器为例进行源码分析：
AbstractList类中声明了modCount变量：
/**
* The number of times this list has been <i>structurally modified</i>.
* 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.
*
* <p>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
* <i>fail-fast</i> behavior, rather than non-deterministic behavior in
* the face of concurrent modification during iteration.
*
* <p><b>Use of this field by subclasses is optional.</b> 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<E> {
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;
以上是关于Java全栈JavaSE：20.集合之CollectionIterator迭代器ListSet的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章