Iterator

迭代對(duì)于我們搞 Java 的來(lái)說絕對(duì)不陌生。我們常常使用 JDK 提供的迭代接口進(jìn)行 Java 集合的迭代。

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

迭代其實(shí)我們可以簡(jiǎn)單地理解為遍歷，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化遍歷各類容器里面的所有對(duì)象的方法類，它是一個(gè)很典型的設(shè)計(jì)模式。Iterator 模式是用于遍歷集合類的標(biāo)準(zhǔn)訪問方法。它可以把訪問邏輯從不同類型的集合類中抽象出來(lái)，從而避免向客戶端暴露集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 在沒有迭代器時(shí)我們都是這么進(jìn)行處理的。如下：

對(duì)于數(shù)組我們是使用下標(biāo)來(lái)進(jìn)行處理的:

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

對(duì)于 ArrayList 是這么處理的:

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

對(duì)于這兩種方式，我們總是都事先知道集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，訪問代碼和集合本身是緊密耦合的，無(wú)法將訪問邏輯從集合類和客戶端代碼中分離出來(lái)。同時(shí)每一種集合對(duì)應(yīng)一種遍歷方法，客戶端代碼無(wú)法復(fù)用。 在實(shí)際應(yīng)用中如何需要將上面將兩個(gè)集合進(jìn)行整合是相當(dāng)麻煩的。所以為了解決以上問題， Iterator 模式騰空出世，它總是用同一種邏輯來(lái)遍歷集合。使得客戶端自身不需要來(lái)維護(hù)集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所有的內(nèi)部狀態(tài)都由 Iterator 來(lái)維護(hù)?？蛻舳藦牟恢苯雍图项惔蚪坏溃偸强刂?Iterator，向它發(fā)送”向前”，”向后”，”取當(dāng)前元素”的命令，就可以間接遍歷整個(gè)集合。

上面只是對(duì) Iterator 模式進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明，下面我們看看 Java 中 Iterator 接口，看他是如何來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

一、java.util.Iterator

在 Java 中 Iterator 為一個(gè)接口，它只提供了迭代了基本規(guī)則，在 JDK 中他是這樣定義的：對(duì) collection 進(jìn)行迭代的迭代器。迭代器取代了 Java Collections Framework 中的 Enumeration。迭代器與枚舉有兩點(diǎn)不同：

1、迭代器允許調(diào)用者利用定義良好的語(yǔ)義在迭代期間從迭代器所指向的 collection 移除元素。

2、方法名稱得到了改進(jìn)。

其接口定義如下：

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

其中：

Object next()：返回迭代器剛越過的元素的引用，返回值是 Object，需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成自己需要的類型

boolean hasNext()：判斷容器內(nèi)是否還有可供訪問的元素

void remove()：刪除迭代器剛越過的元素

對(duì)于我們而言，我們只一般只需使用 next()、hasNext() 兩個(gè)方法即可完成迭代。如下：

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

前面闡述了 Iterator 有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn),就是我們不必知道集合的內(nèi)部結(jié)果,集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)由 Iterator 來(lái)維持，通過統(tǒng)一的方法 hasNext()、next() 來(lái)判斷、獲取下一個(gè)元素，至于具體的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)我們就不用關(guān)心了。但是作為一個(gè)合格的程序員我們非常有必要來(lái)弄清楚 Iterator 的實(shí)現(xiàn)。下面就 ArrayList 的源碼進(jìn)行分析分析。

二、各個(gè)集合的 Iterator 的實(shí)現(xiàn)

下面就 ArrayList 的 Iterator 實(shí)現(xiàn)來(lái)分析，其實(shí)如果我們理解了 ArrayList、Hashset、TreeSet 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，對(duì)于他們是如何實(shí)現(xiàn) Iterator 也會(huì)胸有成竹的。因?yàn)?ArrayList 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)采用數(shù)組，所以我們只需要記錄相應(yīng)位置的索引即可，其方法的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。

2.1、ArrayList 的 Iterator 實(shí)現(xiàn)

在 ArrayList 內(nèi)部首先是定義一個(gè)內(nèi)部類 Itr，該內(nèi)部類實(shí)現(xiàn) Iterator 接口，如下：

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

而 ArrayList 的 iterator() 方法實(shí)現(xiàn)：

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

所以通過使用 ArrayList.iterator() 方法返回的是 Itr() 內(nèi)部類，所以現(xiàn)在我們需要關(guān)心的就是 Itr() 內(nèi)部類的實(shí)現(xiàn)：

在 Itr 內(nèi)部定義了三個(gè) int 型的變量：cursor、lastRet、expectedModCount。其中 cursor 表示下一個(gè)元素的索引位置，lastRet 表示上一個(gè)元素的索引位置

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

從 cursor、lastRet 定義可以看出，lastRet 一直比 cursor 少一所以 hasNext() 實(shí)現(xiàn)方法異常簡(jiǎn)單，只需要判斷 cursor 和 lastRet 是否相等即可。

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

對(duì)于 next() 實(shí)現(xiàn)其實(shí)也是比較簡(jiǎn)單的，只要返回 cursor 索引位置處的元素即可，然后修改 cursor、lastRet 即可，

    public E next() {
                checkForComodification();
                int i = cursor;    //記錄索引位置
                if (i >= size)    //如果獲取元素大于集合元素個(gè)數(shù)，則拋出異常
                    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處元素
            }

checkForComodification() 主要用來(lái)判斷集合的修改次數(shù)是否合法，即用來(lái)判斷遍歷過程中集合是否被修改過。在 Java 提高篇（二一）—–ArrayList 中已經(jīng)闡述了。modCount 用于記錄 ArrayList 集合的修改次數(shù)，初始化為 0，，每當(dāng)集合被修改一次（結(jié)構(gòu)上面的修改，內(nèi)部update不算），如 add、remove 等方法，modCount + 1，所以如果 modCount 不變，則表示集合內(nèi)容沒有被修改。該機(jī)制主要是用于實(shí)現(xiàn) ArrayList 集合的快速失敗機(jī)制，在 Java 的集合中，較大一部分集合是存在快速失敗機(jī)制的，這里就不多說，后面會(huì)講到。所以要保證在遍歷過程中不出錯(cuò)誤，我們就應(yīng)該保證在遍歷過程中不會(huì)對(duì)集合產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的修改（當(dāng)然 remove 方法除外），出現(xiàn)了異常錯(cuò)誤，我們就應(yīng)該認(rèn)真檢查程序是否出錯(cuò)而不是 catch 后不做處理。

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

對(duì)于 remove() 方法的是實(shí)現(xiàn)，它是調(diào)用 ArrayList 本身的 remove() 方法刪除 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();
                }
            }

這里就對(duì) ArrayList 的 Iterator 實(shí)現(xiàn)講解到這里，對(duì)于 Hashset、TreeSet 等集合的 Iterator 實(shí)現(xiàn)，各位如果感興趣可以繼續(xù)研究，個(gè)人認(rèn)為在研究這些集合的源碼之前，有必要對(duì)該集合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識(shí)，這樣會(huì)達(dá)到事半功倍的效果！?。。?/p>