深刻理解Java中的迭代器

迭代器模式：就是提供一種方法對一個容器對象中的各個元素進行訪問，而又不暴露該對象容器的內部細節。

概述

　　Java集合框架的集合類，咱們有時候稱之爲容器。容器的種類有不少種，好比ArrayList、LinkedList、HashSet...，每種容器都有本身的特色，ArrayList底層維護的是一個數組；LinkedList是鏈表結構的；HashSet依賴的是哈希表，每種容器都有本身特有的數據結構。

　　由於容器的內部結構不一樣，不少時候可能不知道該怎樣去遍歷一個容器中的元素。因此爲了使對容器內元素的操做更爲簡單，Java引入了迭代器模式！ 

　　把訪問邏輯從不一樣類型的集合類中抽取出來，從而避免向外部暴露集合的內部結構。

對於數組咱們使用的是下標來進行處理的：

1 int array[] = new int[3];    
2 for (int i = 0; i < array.length; i++) {
3     System.out.println(array[i]);
4 }

對ArrayList的處理

1 List<String> list = new ArrayList<String>();
2        for(int i = 0 ; i < list.size() ;  i++){
3           String string = list.get(i);
4 }

　　對於這兩種方式，咱們老是都知道它的內部結構，訪問代碼和集合自己是緊密耦合的，沒法將訪問邏輯從集合類和客戶端代碼中分離出來。不一樣的集合會對應不一樣的遍歷方法，客戶端代碼沒法複用。在實際應用中如何將上面兩個集合整合是至關麻煩的。因此纔有Iterator，它老是用同一種邏輯來遍歷集合。使得客戶端自身不須要來維護集合的內部結構，全部的內部狀態都由Iterator來維護。客戶端不用直接和集合進行打交道，而是控制Iterator向它發送向前向後的指令，就能夠遍歷集合。

1.java.util.Iterator

下面讓咱們看看Java中的Iterator接口是如何實現的

　　在Java中Iterator爲一個接口，它只提供了迭代的基本規則。在JDK中它是這樣定義的：對Collection進行迭代的迭代器。迭代器取代了Java Collection Framework中的Enumeration。迭代器與枚舉有兩點不一樣:

　　1. 迭代器在迭代期間能夠從集合中移除元素。

　　2. 方法名獲得了改進，Enumeration的方法名稱都比較長。

其接口定義以下:

package java.util;
public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();//判斷是否存在下一個對象元素

    E next();//獲取下一個元素

    void remove();//移除元素
}

2.Iterable

　　Java中還提供了一個Iterable接口，Iterable接口實現後的功能是‘返回’一個迭代器，咱們經常使用的實現了該接口的子接口有:Collection<E>、List<E>、Set<E>等。該接口的iterator()方法返回一個標準的Iterator實現。實現Iterable接口容許對象成爲Foreach語句的目標。就能夠經過foreach語句來遍歷你的底層序列。

　　Iterable接口包含一個能產生Iterator對象的方法，而且Iterable被foreach用來在序列中移動。所以若是建立了實現Iterable接口的類，均可以將它用於foreach中。

Iterable接口的具體實現:

Package java.lang;

import java.util.Iterator;
public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

使用迭代器遍歷集合:

 1 public static void main(String[] args) {
 2         List<String> list = new ArrayList<String>();
 3         list.add("張三1");
 4         list.add("張三2");
 5         list.add("張三3");
 6         list.add("張三4");
 7         
 8         List<String> linkList = new LinkedList<String>();
 9         linkList.add("link1");
10         linkList.add("link2");
11         linkList.add("link3");
12         linkList.add("link4");
13         
14         Set<String> set = new HashSet<String>();
15         set.add("set1");
16         set.add("set2");
17         set.add("set3");
18         set.add("set4");
19         //使用迭代器遍歷ArrayList集合
20         Iterator<String> listIt = list.iterator();
21         while(listIt.hasNext()){
22             System.out.println(listIt.next());
23         }
24         //使用迭代器遍歷Set集合
25         Iterator<String> setIt = set.iterator();
26         while(setIt.hasNext()){
27             System.out.println(listIt.next());
28         }
29         //使用迭代器遍歷LinkedList集合
30         Iterator<String> linkIt = linkList.iterator();
31         while(linkIt.hasNext()){
32             System.out.println(listIt.next());
33         }
34 }

使用foreach遍歷集合:

        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("張三1");
        list.add("張三2");
        list.add("張三3");
        list.add("張三4");
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }

　　能夠看出使用foreach遍歷集合的優點在於代碼更加的簡潔，更不容易出錯，不用關心下標的起始值和終止值。

 3.Iterator遍歷時不能夠刪除集合中的元素問題

 　　在使用Iterator的時候禁止對所遍歷的容器進行改變其大小結構的操做。例如: 在使用Iterator進行迭代時，若是對集合進行了add、remove操做就會出現ConcurrentModificationException異常。

 

 1         List<String> list = new ArrayList<String>();
 2         list.add("張三1");
 3         list.add("張三2");
 4         list.add("張三3");
 5         list.add("張三4");
 6         
 7         //使用迭代器遍歷ArrayList集合
 8         Iterator<String> listIt = list.iterator();
 9         while(listIt.hasNext()){
10             Object obj = listIt.next();
11             if(obj.equals("張三3")){
12                 list.remove(obj);
13             }
14         }

　　由於在你迭代以前，迭代器已經被經過list.itertor()建立出來了，若是在迭代的過程當中，又對list進行了改變其容器大小的操做，那麼Java就會給出異常。由於此時Iterator對象已經沒法主動同步list作出的改變，Java會認爲你作出這樣的操做是線程不安全的，就會給出善意的提醒（拋出ConcurrentModificationException異常）

Iterator的實現源碼:　　

 1     private class Itr implements Iterator<E> {
 2         int cursor;       // index of next element to return
 3         int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
 4         int expectedModCount = modCount;
 5 
 6         public boolean hasNext() {
 7             return cursor != size;
 8         }
 9 
10         @SuppressWarnings("unchecked")
11         public E next() {
12             checkForComodification();
13             int i = cursor;
14             if (i >= size)
15                 throw new NoSuchElementException();
16             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
17             if (i >= elementData.length)
18                 throw new ConcurrentModificationException();
19             cursor = i + 1;
20             return (E) elementData[lastRet = i];
21         }
22 
23         public void remove() {
24             if (lastRet < 0)
25                 throw new IllegalStateException();
26             checkForComodification();
27 
28             try {
29                 ArrayList.this.remove(lastRet);
30                 cursor = lastRet;
31                 lastRet = -1;
32                 expectedModCount = modCount;
33             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
34                 throw new ConcurrentModificationException();
35             }
36         }
37 
38         final void checkForComodification() {
39             if (modCount != expectedModCount)
40                 throw new ConcurrentModificationException();
41         }
42     }

　　經過查看源碼發現原來檢查並拋出異常的是checkForComodification()方法。在ArrayList中modCount是當前集合的版本號，每次修改(增、刪)集合都會加1；expectedModCount是當前迭代器的版本號，在迭代器實例化時初始化爲modCount。咱們看到在checkForComodification()方法中就是在驗證modCount的值和expectedModCount的值是否相等，因此當你在調用了ArrayList.add()或者ArrayList.remove()時，只更新了modCount的狀態，而迭代器中的expectedModCount未同步，所以纔會致使再次調用Iterator.next()方法時拋出異常。可是爲何使用Iterator.remove()就沒有問題呢？經過源碼的第32行發現，在Iterator的remove()中同步了expectedModCount的值，因此當你下次再調用next()的時候，檢查不會拋出異常。

　　使用該機制的主要目的是爲了實現ArrayList中的快速失敗機制（fail-fast），在Java集合中較大一部分集合是存在快速失敗機制的。

　　快速失敗機制產生的條件:當多個線程對Collection進行操做時，若其中某一個線程經過Iterator遍歷集合時，該集合的內容被其餘線程所改變，則會拋出ConcurrentModificationException異常。

　　因此要保證在使用Iterator遍歷集合的時候不出錯誤，就應該保證在遍歷集合的過程當中不會對集合產生結構上的修改。

 使用Foreach時對集合的結構進行修改會出現異常:

　　上面咱們說了實現了Iterable接口的類就能夠經過Foreach遍歷，那是由於foreach要依賴於Iterable接口返回的Iterator對象，因此從本質上來說，Foreach其實就是在使用迭代器，在使用foreach遍歷時對集合的結構進行修改，和在使用Iterator遍歷時對集合結構進行修改本質上是同樣的。因此一樣的也會拋出異常，執行快速失敗機制。

　　foreach是JDK1.5新增長的一個循環結構，foreach的出現是爲了簡化咱們遍歷集合的行爲。

 for循環與迭代器的對比:

　　* 效率上各有各的優點:

　　　　> ArrayList對隨機訪問比較快，而for循環中使用的get()方法，採用的便是隨機訪問的方法，所以在ArrayList裏for循環快。

　　　　> LinkedList則是順序訪問比較快，Iterator中的next()方法採用的是順序訪問方法，所以在LinkedList裏使用Iterator較快。

　　　　> 主要仍是要依據集合的數據結構不一樣的判斷。