java集合【5】———iterator接口
1、iterator接口介绍
iterator接口,也是集合你们庭中的一员。和其余的Map和Collection接口不一样，iterator 主要是为了方便遍历集合中的全部元素，用于迭代访问集合中的元素，至关于定义了遍历元素的规范，而另外的Map和Collection接口主要是定义了存储元素的规范。
还记得么？以前说的iterable接口，有一个方法就是叫iterator()，也是返回iterator对象。java
迭代：不断访问集合中元素的方式，取元素以前先判断是否有元素，有则取出来，没有则结束，不断循环这个过程，直到遍历完里面全部的元素。 git
接口定义的方法以下： github
boolean hasNext(); // 是否有下一个元素
E next(); // 获取下一个元素
// 移除元素
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
// 对剩下的全部元素进行处理，action则为处理的动做，意为要怎么处理
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (hasNext())
action.accept(next());
}
可是值得注意的是，集合类的总体不是继承了iterator接口，而是继承了iterable接口，经过iterable接口的方法返回iterator的对象。值得注意的是，iterator的remove()方法，是迭代过程当中惟一安全的修改集合的方法，为什么这样说？
若是使用for循环索引的方式遍历，删除掉一个元素以后，集合的元素个数已经变化，很容易出错。例如redis
for(int i=0;i<collection.size();i++){
if(i==2){
collection.remove(i);
}
}
而iterator的remove()方法则不会出错，由于经过调用hasNext()和next()方法，对指针控制已经处理得比较完善。编程
2、为何须要iterator接口
首先，咱们知道iterator接口是为了定义遍历集合的规范，也是一种抽象，把在不一样集合的遍历方式抽象出来，这样遍历的时候，就不须要知道不一样集合的内部结构。 数组
为何须要抽象？安全
假设没有iterator接口,咱们知道，遍历的时候只能经过索引，好比数据结构
for(int i=0;i<array.size();i++){
T item = array[i];
}
这样一来，耦合程度比较高，若是使用的数据结构变了，就要换一种写法，不利于维护已有的代码。若是没有iterator,那么客户端须要维护指针，至关于下放了权限，会形成必定程度的混乱。抽象则是把遍历功能抽取出来，交给iterator处理，客户端处理集合的时候，交给更“专业”的它，it do it well.多线程
3、iterator接口相关接口
3.1 ListIterator
ListIterator继承于Iterator接口，功能更强大，只能用于访问各类List类型，使用List类型的对象list，调用listIterator()方法能够获取到一个指向list开头的ListIterator分布式
从上面图片接口看，这个接口具备访问下一个元素，判断是否有下一个元素，是否有前面一个元素，判断是否有前一个元素，获取下一个元素的索引，获取上一个元素的索引，移除元素，修改元素，增长元素等功能。和普通的Iterator不同的是,ListIterator的访问指针能够向前或者向后移动，也就是双向移动。
boolean hasNext(); //是否还有元素 E next(); //获取下一个元素 boolean hasPrevious(); //是否有上一个元素 E previous(); // 获取上一个元素 int nextIndex(); //获取下一个索引 int previousIndex(); //获取上一个索引 void remove(); //移除 void set(E e); //更新 void add(E e); //添加元素
测试代码以下：
List<String> list =
new ArrayList<String>(Arrays.asList("Book","Pen","Desk"));
// 把指针指向第一个元素
ListIterator<String> lit = list.listIterator(1);
while(lit.hasNext()){
System.out.println(lit.next());
}
System.out.println("===================================");
//指针指向最后一个元素列表中的最后一个元素修改ChangeDesk。
lit.set("ChangeDesk");
// 往前面遍历
while(lit.hasPrevious()){
System.out.println(lit.previous());
}
输出以下：
Pen Desk =================================== ChangeDesk Pen Book
若是点开ArrayList的源码，看到与ListIterator相关的部分，咱们会发现其实ArrayList在底层实现了一个内部类ListItr，继承了Itr,实现了ListIterator接口。这个Itr其实就是实现了Iterator,实现了基本的List迭代器功能，而这个ListItr则是加强版的专门为List实现的迭代器。里面使用cursor做为当前的指针（索引），全部函数功能都是操做这个指针实现。
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
// 设置当前指针
cursor = index;
}
public boolean hasPrevious() {
// 不是第一个元素就代表有前一个元素
return cursor != 0;
}
// 获取下一个元素索引
public int nextIndex() {
return cursor;
}
// 获取前面一个元素索引
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
//检查是否被修改
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
// 返回前一个元素
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
咱们能够看到，在上面方法中，有不少校验，好比checkForComodification()，意为检查是否被修改，list中的元素修改有可能致使数组越界。
3.2 SpitIterator
准确地来讲，SpitIterator和Iterator并无什么关系，只是两个功能上有相似。SpitIterator主要是定义类将集合分割成多个集合，方便并行计算。
3.2.1 SpitIterator源码方法解析
public interface Spliterator<T> {
// 顺序处理每个元素，参数是处理的动做，若是还有元素须要处理则返回true，不然返回false
boolean tryAdvance(Consumer<? super T> action);
// 依次处理剩下的元素
default void forEachRemaining(Consumer<? super T> action) {
do { } while (tryAdvance(action));
}
// 最重要的方法，用来分割集合
Spliterator<T> trySplit();
//估算还有多少元素须要遍历处理
long estimateSize();
// 获取准确的元素，若是不能获取准确的，则会返回估算的
default long getExactSizeIfKnown() {
return (characteristics() & SIZED) == 0 ? -1L : estimateSize();
}
// 表示该Spliterator有哪些特性，这个像是个拓展功能，更好控制和优化Spliterator使用
int characteristics();
// 判断是否有哪些特性
default boolean hasCharacteristics(int characteristics) {
return (characteristics() & characteristics) == characteristics;
}
// 若是这个Spliterator的源具备已排序的特征，那么这个方法将返回相应的比较器。若是源按天然顺序排序，则返回 // null。不然，若是源未排序，则抛出IllegalStateException。
default Comparator<? super T> getComparator() {
throw new IllegalStateException();
}
public static final int ORDERED = 0x00000010;
public static final int DISTINCT = 0x00000001;
public static final int SORTED = 0x00000004;
public static final int SIZED = 0x00000040;
public static final int NONNULL = 0x00000100;
public static final int IMMUTABLE = 0x00000400;
public static final int CONCURRENT = 0x00001000;
public static final int SUBSIZED = 0x00004000;
}
使用的方法例子以下：
public static void spliterator(){
List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3","4","5","6","7","8","9","10");
// 获取可迭代器
Spliterator<String> spliterator = list.spliterator();
// 一个一个遍历
System.out.println("tryAdvance: ");
spliterator.tryAdvance(item->System.out.print(item+" "));
spliterator.tryAdvance(item->System.out.print(item+" "));
System.out.println("\n-------------------------------------------");
// 依次遍历剩下的
System.out.println("forEachRemaining: ");
spliterator.forEachRemaining(item->System.out.print(item+" "));
System.out.println("\n------------------------------------------");
// spliterator1:0~10
Spliterator<String> spliterator1 = list.spliterator();
// spliterator1:6~10 spliterator2:0~5
Spliterator<String> spliterator2 = spliterator1.trySplit();
// spliterator1:8~10 spliterator3:6~7
Spliterator<String> spliterator3 = spliterator1.trySplit();
System.out.println("spliterator1: ");
spliterator1.forEachRemaining(item->System.out.print(item+" "));
System.out.println("\n------------------------------------------");
System.out.println("spliterator2: ");
spliterator2.forEachRemaining(item->System.out.print(item+" "));
System.out.println("\n------------------------------------------");
System.out.println("spliterator3: ");
spliterator3.forEachRemaining(item->System.out.print(item+" "));
}
- tryAdvance（） 一个一个元素进行遍历
- forEachRemaining() 顺序地分块遍历
- trySplit()进行分区造成另外的 Spliterator，使用在并行操做中，分出来的是前面一半，就是不断把前面一部分分出来
结果以下：
tryAdvance: 1 2 ------------------------------------------- forEachRemaining: 3 4 5 6 7 8 9 10 ------------------------------------------ spliterator1: 8 9 10 ------------------------------------------ spliterator2: 1 2 3 4 5 ------------------------------------------ spliterator3: 6 7
还有一些其余的用法在这里就不列举了，主要是trySplit()以后，能够用于多线程遍历。理想的时候，能够平均分红两半，有利于并行计算，可是不是必定平分的。
3.2.2 SpitIterator里面哪些特征常量有什么用呢？
spliterator能够将其实现特征表示为同一接口中定义的一组常量。也就是咱们见到的ORDERED,DISTINCT,SORTED,SIZED之类的，这个意思是每个实现类，都有本身的实现方式，实现方式不一样，实现特征也不同，好比ArrayList实现特征是ORDERED,SIZED和SUBSIZED,这个咱们能够经过characteristics() and hasCharacteristics()来判断。例如：
public static void main(String[] args) throws Exception{
List<String> list = new ArrayList<>();
Spliterator<String> s = list.spliterator();
System.out.println(s.characteristics());
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.ORDERED)){
System.out.println("ORDERED");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.DISTINCT)){
System.out.println("DISTINCT");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.SORTED)){
System.out.println("SORTED");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.SIZED)){
System.out.println("SIZED");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.CONCURRENT)){
System.out.println("CONCURRENT");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.IMMUTABLE)){
System.out.println("IMMUTABLE");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.NONNULL)){
System.out.println("NONNULL");
}
if(s.hasCharacteristics(Spliterator.SUBSIZED)){
System.out.println("SUBSIZED");
}
}
输出的结果是
16464 ORDERED SIZED SUBSIZED
输出结果中的16464和其余的怎么挂钩的呢？其实咱们发现上面的hasCharacteristics()方法中，实现是return (characteristics() & characteristics) == characteristics;，不难看出，这些状态是根据与运算来计算出来的。上面的结果也代表ArrayList有ORDERED,SIZED和SUBSIZED这几个特征。
若是是HashSet则特征是DISTINCT和SIZED。
4、 iterator在集合中的实现例子
iterator只是一个接口，至关于一个规范，全部的子类或者继承类实现的时候理论上应该遵照，可是不同的继承类/子类会有不同的实现。
4.1 iterator在ArrayList的实现
iterator只是一个接口，一个规范，虽然里面有个别方法有默认实现，可是最重要也最丰富的的，是它在子类中的实现与拓展，如今来看在ArrayList 中的实现。ArrayList并无直接去实现iterator接口，而是经过内部类的方式来操做，内部类为Itr,
private class Itr implements Iterator<E> {
// 下一个元素的索引（指针）
int cursor; // index of next element to return
// 最后一个元素指针索引
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
// 修改次数（版本号）
int expectedModCount = modCount;
Itr() {}
// 是否有下一个元素
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
// 下一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
//安全检查
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
// 移除
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();
}
}
// 依次处理剩下的元素
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
// 安全检查，检查是否被修改
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
从上面的源码能够看到，不少关于被修改的检查，集合会追踪修改（增删改）的次数（modCount 又称版本号），每个迭代器会单独立维护一个计数器，在每次操做（增删改），检查版本号是否发生改变，若是改变，就会抛出ConcurrentModificationException() 异常，这是一种安全保护机制。
安全检查，快速失败机制实现主要和变量modCount，expectedModCount，以及一个checkForComodification()方法有关，也就是expectedModCount是内部类的修改次数，从字面意思看是指理论上期待的修改次数，modCount是外部类的修改次数，建立的时候，会将modCount赋值给expectedModCount，二者保持一致，若是在迭代的过程当中，外部类的modCount对不上expectedModCount，n那么就会抛出ConcurrentModificationException异常。
4.2 iterator在HashMap的实现
首先，HashMap里面定义了一个HashIterator，为何这样作呢？由于HashMap存储结构的特殊性，里面有Entry<key,value>，因此遍历就有三种状况，一个是Key，一个是Value，另外一个就是Entry,这三个的迭代遍历都有类似性，因此这里根据抽象原则，定义了一个Hash迭代器。
abstract class HashIterator {
// 下一个节点
Node<K,V> next;
// 当前节点
Node<K,V> current; // current entry
// 指望修改次数
int expectedModCount; // for fast-fail
// 索引
int index; // current slot
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
Node<K,V>[] t = table;
current = next = null;
index = 0;
if (t != null && size > 0) {
// 指向第一个不为空的元素
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
}
// 是否有下一个节点
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
// 获取下一个节点
final Node<K,V> nextNode() {
Node<K,V>[] t;
Node<K,V> e = next;
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
return e;
}
// 移除
public final void remove() {
Node<K,V> p = current;
if (p == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
current = null;
K key = p.key;
removeNode(hash(key), key, null, false, false);
expectedModCount = modCount;
}
}
以后分别定义KeyIterator,ValueIterator,EntryIterator,继承于HashIterator，
// 遍历key
final class KeyIterator extends HashIterator
implements Iterator<K> {
public final K next() { return nextNode().key; }
}
// 遍历value
final class ValueIterator extends HashIterator
implements Iterator<V> {
public final V next() { return nextNode().value; }
}
//遍历entry
final class EntryIterator extends HashIterator
implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {
public final Map.Entry<K,V> next() { return nextNode(); }
}
5、总结
以上的种种，关于Iterator，其实就是一个迭代器，可简单地理解为遍历使用，主要功能是指向一个节点，向前或者向后移动，若是数据结构复杂就须要多个迭代器，好比HashMap，能够避免多个迭代器之间相互影响。每个迭代器都会有
expectedModCount 和modCount，就是校验这个迭代过程当中是否被修改，若是修改了，则会抛出异常。
【做者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】做者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。我的写做方向：Java源码解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，剑指Offer，LeetCode等，认真写好每一篇文章，不喜欢标题党，不喜欢花里胡哨，大多写系列文章，不能保证我写的都彻底正确，可是我保证所写的均通过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处，还望指正。
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