小学生之Java中迭代器实现的原理

1、 引言 

　　迭代这个名词对于熟悉Java的人来讲绝对不陌生。咱们经常使用JDK提供的迭代接口进行java collection的遍历：

Iterator it = list.iterator(); while(it.hasNext()){ 　//using “it.next();”do some businesss logic }

　　而这就是关于迭代器模式应用很好的例子。

　　2、 定义与结构

　　迭代器（Iterator）模式，又叫作游标（Cursor）模式。GOF给出的定义为：提供一种方法访问一个容器（container）对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。

　　从定义可见，迭代器模式是为容器而生。很明显，对容器对象的访问必然涉及到遍历算法。你能够一股脑的将遍历方法塞到容器对象中去；或者根本不去提供什么遍历算法，让使用容器的人本身去实现去吧。这两种状况好像都可以解决问题。

　　然而在前一种状况，容器承受了过多的功能，它不只要负责本身“容器”内的元素维护（添加、删除等等），并且还要提供遍历自身的接口；并且因为遍历状态保存的问题，不能对同一个容器对象同时进行多个遍历。第二种方式却是省事，却又将容器的内部细节暴露无遗。

　　而迭代器模式的出现，很好的解决了上面两种状况的弊端。先来看下迭代器模式的真面目吧。 

　　迭代器模式由如下角色组成：

　　1) 迭代器角色（Iterator）：迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口。

　　2) 具体迭代器角色（Concrete Iterator）：具体迭代器角色要实现迭代器接口，并要记录遍历中的当前位置。

　　3) 容器角色（Container）：容器角色负责提供建立具体迭代器角色的接口。

　　4) 具体容器角色（Concrete Container）：具体容器角色实现建立具体迭代器角色的接口——这个具体迭代器角色于该容器的结构相关。

　　迭代器模式的类图以下：

　　从结构上能够看出，迭代器模式在客户与容器之间加入了迭代器角色。迭代器角色的加入，就能够很好的避免容器内部细节的暴露，并且也使得设计符号“单一职责原则”。

　　注意，在迭代器模式中，具体迭代器角色和具体容器角色是耦合在一块儿的——遍历算法是与容器的内部细节紧密相关的。为了使客户程序从与具体迭代器角色耦合的困境中脱离出来，避免具体迭代器角色的更换给客户程序带来的修改，迭代器模式抽象了具体迭代器角色，使得客户程序更具通常性和重用性。这被称为多态迭代。

　　3、 举例

　　因为迭代器模式自己的规定比较松散，因此具体实现也就五花八门。咱们在此仅举一例，根本不能将实现方式一一呈现。所以在举例前，咱们先来列举下迭代器模式的实现方式。 

　　1．迭代器角色定义了遍历的接口，可是没有规定由谁来控制迭代。在Java collection的应用中，是由客户程序来控制遍历的进程，被称为外部迭代器；还有一种实现方式即是由迭代器自身来控制迭代，被称为内部迭代器。外部迭代器要比内部迭代器灵活、强大，并且内部迭代器在java语言环境中，可用性很弱。

　　2．在迭代器模式中没有规定谁来实现遍历算法。好像理所固然的要在迭代器角色中实现。由于既便于一个容器上使用不一样的遍历算法，也便于将一种遍历算法应用于不一样的容器。可是这样就破坏掉了容器的封装——容器角色就要公开本身的私有属性，在java中便意味着向其余类公开了本身的私有属性。

　　那咱们把它放到容器角色里来实现好了。这样迭代器角色就被架空为仅仅存放一个遍历当前位置的功能。可是遍历算法便和特定的容器牢牢绑在一块儿了。

　　而在Java Collection的应用中，提供的具体迭代器角色是定义在容器角色中的内部类。这样便保护了容器的封装。可是同时容器也提供了遍历算法接口，你能够扩展本身的迭代器。

　　好了，咱们来看下Java Collection中的迭代器是怎么实现的吧。

//迭代器角色，仅仅定义了遍历接口 public interface Iterator { 　boolean hasNext(); 　Object next(); 　void remove(); } //容器角色，这里以List为例。它也仅仅是一个接口，就不罗列出来了 //具体容器角色，即是实现了List接口的ArrayList等类。为了突出重点这里指罗列和迭代器相关的内容 //具体迭代器角色，它是之内部类的形式出来的。AbstractList是为了将各个具体容器角色的公共部分提取出来而存在的。 public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List { ……  //这个即是负责建立具体迭代器角色的工厂方法 public Iterator iterator() { 　return new Itr(); } //做为内部类的具体迭代器角色 private class Itr implements Iterator { 　int cursor = 0; 　int lastRet = -1; 　int expectedModCount = modCount; 　public boolean hasNext() { 　　return cursor != size(); 　} 　public Object next() { 　　checkForComodification(); 　　try { 　　　Object next = get(cursor); 　　　lastRet = cursor++; 　　　return next; 　　} catch(IndexOutOfBoundsException e) { 　　　checkForComodification(); 　　　throw new NoSuchElementException(); 　　} 　} 　public void remove() { 　　if (lastRet == -1) 　　　throw new IllegalStateException(); 　　　checkForComodification(); 　　try { 　　　AbstractList.this.remove(lastRet); 　　　if (lastRet < cursor) 　　　　cursor--; 　　　lastRet = -1; 　　　expectedModCount = modCount; 　　} catch(IndexOutOfBoundsException e) { 　　　throw new ConcurrentModificationException(); 　　} 　} 　final void checkForComodification() { 　　if (modCount != expectedModCount) 　　　throw new ConcurrentModificationException(); 　} }

　　至于迭代器模式的使用。正如引言中所列那样，客户程序要先获得具体容器角色，而后再经过具体容器角色获得具体迭代器角色。这样即可以使用具体迭代器角色来遍历容器了……

　　4、 实现本身的迭代器

　　在实现本身的迭代器的时候，通常要操做的容器有支持的接口才能够。并且咱们还要注意如下问题： 

　　在迭代器遍历的过程当中，经过该迭代器进行容器元素的增减操做是否安全呢？

　　在容器中存在复合对象的状况，迭代器怎样才能支持深层遍历和多种遍历呢？

　　以上两个问题对于不一样结构的容器角色，各不相同，值得考虑。

　　5、 适用状况 

　　由上面的讲述，咱们能够看出迭代器模式给容器的应用带来如下好处：

　　1) 支持以不一样的方式遍历一个容器角色。根据实现方式的不一样，效果上会有差异。

　　2) 简化了容器的接口。可是在java Collection中为了提升可扩展性，容器仍是提供了遍历的接口。

　　3) 对同一个容器对象，能够同时进行多个遍历。由于遍历状态是保存在每个迭代器对象中的。

　　由此也能得出迭代器模式的适用范围：

　　1) 访问一个容器对象的内容而无需暴露它的内部表示。

　　2) 支持对容器对象的多种遍历。

　　3) 为遍历不一样的容器结构提供一个统一的接口（多态迭代）。