小學生之Java中迭代器實現的原理

1、 引言 

　　迭代這個名詞對於熟悉Java的人來講絕對不陌生。咱們經常使用JDK提供的迭代接口進行java collection的遍歷：

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

　　而這就是關於迭代器模式應用很好的例子。

　　2、 定義與結構

　　迭代器（Iterator）模式，又叫作遊標（Cursor）模式。GOF給出的定義爲：提供一種方法訪問一個容器（container）對象中各個元素，而又不需暴露該對象的內部細節。

　　從定義可見，迭代器模式是爲容器而生。很明顯，對容器對象的訪問必然涉及到遍歷算法。你能夠一股腦的將遍歷方法塞到容器對象中去；或者根本不去提供什麼遍歷算法，讓使用容器的人本身去實現去吧。這兩種狀況好像都可以解決問題。

　　然而在前一種狀況，容器承受了過多的功能，它不只要負責本身「容器」內的元素維護（添加、刪除等等），並且還要提供遍歷自身的接口；並且因爲遍歷狀態保存的問題，不能對同一個容器對象同時進行多個遍歷。第二種方式卻是省事，卻又將容器的內部細節暴露無遺。

　　而迭代器模式的出現，很好的解決了上面兩種狀況的弊端。先來看下迭代器模式的真面目吧。 

　　迭代器模式由如下角色組成：

　　1) 迭代器角色（Iterator）：迭代器角色負責定義訪問和遍歷元素的接口。

　　2) 具體迭代器角色（Concrete Iterator）：具體迭代器角色要實現迭代器接口，並要記錄遍歷中的當前位置。

　　3) 容器角色（Container）：容器角色負責提供建立具體迭代器角色的接口。

　　4) 具體容器角色（Concrete Container）：具體容器角色實現建立具體迭代器角色的接口——這個具體迭代器角色於該容器的結構相關。

　　迭代器模式的類圖以下：

　　從結構上能夠看出，迭代器模式在客戶與容器之間加入了迭代器角色。迭代器角色的加入，就能夠很好的避免容器內部細節的暴露，並且也使得設計符號「單一職責原則」。

　　注意，在迭代器模式中，具體迭代器角色和具體容器角色是耦合在一塊兒的——遍歷算法是與容器的內部細節緊密相關的。爲了使客戶程序從與具體迭代器角色耦合的困境中脫離出來，避免具體迭代器角色的更換給客戶程序帶來的修改，迭代器模式抽象了具體迭代器角色，使得客戶程序更具通常性和重用性。這被稱爲多態迭代。

　　3、 舉例

　　因爲迭代器模式自己的規定比較鬆散，因此具體實現也就五花八門。咱們在此僅舉一例，根本不能將實現方式一一呈現。所以在舉例前，咱們先來列舉下迭代器模式的實現方式。 

　　1．迭代器角色定義了遍歷的接口，可是沒有規定由誰來控制迭代。在Java collection的應用中，是由客戶程序來控制遍歷的進程，被稱爲外部迭代器；還有一種實現方式即是由迭代器自身來控制迭代，被稱爲內部迭代器。外部迭代器要比內部迭代器靈活、強大，並且內部迭代器在java語言環境中，可用性很弱。

　　2．在迭代器模式中沒有規定誰來實現遍歷算法。好像理所固然的要在迭代器角色中實現。由於既便於一個容器上使用不一樣的遍歷算法，也便於將一種遍歷算法應用於不一樣的容器。可是這樣就破壞掉了容器的封裝——容器角色就要公開本身的私有屬性，在java中便意味着向其餘類公開了本身的私有屬性。

　　那咱們把它放到容器角色裏來實現好了。這樣迭代器角色就被架空爲僅僅存放一個遍歷當前位置的功能。可是遍歷算法便和特定的容器牢牢綁在一塊兒了。

　　而在Java Collection的應用中，提供的具體迭代器角色是定義在容器角色中的內部類。這樣便保護了容器的封裝。可是同時容器也提供了遍歷算法接口，你能夠擴展本身的迭代器。

　　好了，咱們來看下Java Collection中的迭代器是怎麼實現的吧。

//迭代器角色，僅僅定義了遍歷接口 public interface Iterator { 　boolean hasNext(); 　Object next(); 　void remove(); } //容器角色，這裏以List爲例。它也僅僅是一個接口，就不羅列出來了 //具體容器角色，即是實現了List接口的ArrayList等類。爲了突出重點這裏指羅列和迭代器相關的內容 //具體迭代器角色，它是之內部類的形式出來的。AbstractList是爲了將各個具體容器角色的公共部分提取出來而存在的。 public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List { ……  //這個即是負責建立具體迭代器角色的工廠方法 public Iterator iterator() { 　return new Itr(); } //做爲內部類的具體迭代器角色 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(); 　} }

　　至於迭代器模式的使用。正如引言中所列那樣，客戶程序要先獲得具體容器角色，而後再經過具體容器角色獲得具體迭代器角色。這樣即可以使用具體迭代器角色來遍歷容器了……

　　4、 實現本身的迭代器

　　在實現本身的迭代器的時候，通常要操做的容器有支持的接口才能夠。並且咱們還要注意如下問題： 

　　在迭代器遍歷的過程當中，經過該迭代器進行容器元素的增減操做是否安全呢？

　　在容器中存在複合對象的狀況，迭代器怎樣才能支持深層遍歷和多種遍歷呢？

　　以上兩個問題對於不一樣結構的容器角色，各不相同，值得考慮。

　　5、 適用狀況 

　　由上面的講述，咱們能夠看出迭代器模式給容器的應用帶來如下好處：

　　1) 支持以不一樣的方式遍歷一個容器角色。根據實現方式的不一樣，效果上會有差異。

　　2) 簡化了容器的接口。可是在java Collection中爲了提升可擴展性，容器仍是提供了遍歷的接口。

　　3) 對同一個容器對象，能夠同時進行多個遍歷。由於遍歷狀態是保存在每個迭代器對象中的。

　　由此也能得出迭代器模式的適用範圍：

　　1) 訪問一個容器對象的內容而無需暴露它的內部表示。

　　2) 支持對容器對象的多種遍歷。

　　3) 爲遍歷不一樣的容器結構提供一個統一的接口（多態迭代）。