Java 基礎（二）集合源碼解析 Iterator

首先，在探索集合以前，咱們先來思考一個問題，集合是什麼？

針對一個特定的問題，若是事先不知道須要多少個對象，或者它們的持續時間有多長，那麼也不知道如何保存那些對象。既然如此，怎樣才能知道那些對象要求多說空間呢？事先上根本沒法提早知道，除非進入運行期。
在面向對象的設計中,大多數問題的解決辦法彷佛都有些輕率——只是簡單地建立另外一種類型的對象。用於解決特定問題的新型對象容納了指向其餘對象的引用。固然,也能夠用數組來作一樣的事情,那是大多數語言都具備的一種功能。 但不能只看到這一點。這種新對象一般叫做「集合」(亦叫做一個「容器」)。在 須要的時候,集合會自動擴充本身,以便適應咱們在其中置入的任何東西。因此 咱們事先沒必要知道要在一個集合裏容下多少東西。只需建立一個集合,之後的工做讓它本身負責好了。

上文摘抄自《Thinking in Java》，集合解決的問題是，在編譯期間不知道要多少個對象，可是數組必須在申明的時候明確指明數組長度，若是食用數組，申請太多的空間就會形成資源浪費，若是申請太少空間，就不夠用。因此引出了一個概念叫「容器」，來解決這個問題，這個容器就是咱們今天要研究的對象－－「集合」。

咱們先來看一下類關係圖～

Java 提供的集合都在 Java.utils 包下，集合主要分兩類，Collection 和 Map。咱們用到的各類類型的集合，都是實現自這兩個接口。集合的實現類有不少，開發過程當中，咱們須要根據不一樣的需求，選擇合適的集合設計，以便高效率的解決咱們的實際問題。至於什麼場景用哪種類型的容器，使用這種容器能帶來哪些好處，這就是咱們要研究的核心點，也是咱們用好 Java 集合的精髓。

磨刀不誤砍柴工，咱們在探索集合的架構設計以前，咱們先來研究一下Iterator。

Iterator

Iterator ：［計］迭代器，迭代程序

迭代器，這裏用到的就是設計模式中的迭代器模式。

迭代器模式
定義：提供一種方法訪問一個容器對象中各個元素，而又不暴露該對象的內部細節。

這裏咱們的重點不是迭代器模式，對「迭代器模式」感興趣的童鞋能夠自行去了解一波。

先來看看接口 Iterator 的設計。

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();

    E next();

    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }

    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> var1) {
        Objects.requireNonNull(var1);

        while(this.hasNext()) {
            var1.accept(this.next());
        }
    }
}複製代碼

一共四個方法，其中hasNext（）和 next（）方法是迭代必須方法。remove（）和forEachRemaining（）方法有默認實現，小夥伴不要糾結接口怎麼會有默認實現方法，這是 Java 8 的新特性。

• hasNext()：是否有下一個元素
• next（）：獲取下一個元素
• remove（）：刪除當前元素，非必須的方法，有須要可重寫實現。
• forEachRemaining（）：給剩下來全部元素作了一個自定義的相同操做。非必須的方法，有須要可重寫實現。

#fail-fast 與 ConcurrentModificationException

fail-fast:是java集合(Collection)中的一種錯誤機制。當多個線程對同一個集合的內容進行操做時，就可能會產生fail-fast事件。
ConcurrentModificationException：出現 fail-fast 問題的時候就會拋出這個異常。

可能問題描述得有點抽象，我舉個例子：假設有個 ArrayList 集合A，A裏面包含10個元素，分別是0～9。假設線程a在獲取第5個元素的過程當中，線程b操做A刪除了第一個元素。那麼問題來了，此時a線程是獲取的到結果是5，可是個人本意應該是取到結果4，此時程序發生了錯誤，所以產生 fail-fast 問題，遂拋出異常。

###解決方案

1. 在遍歷過程當中全部涉及到改變modCount值得地方所有加上synchronized。
2. 用 CopyOnWriteArrayList，ConcurrentHashMap 替換 ArrayList， HashMap，它們的功能和名字同樣，在寫入時會建立一個 copy，而後在這個 copy 版本上進行修改操做，這樣就不會影響原來的迭代。不過壞處就是浪費內存。

Iterator 實現迭代功能

Iterator 的實現類通常之內部類的形式寫在集合類裏面。功能的實現是根據各類集合實現的特定實現，好比說 ArrayList 和 LinkedArrayList 的數據結構不同，因此 Iterator 實現也不同。

這裏以 ArrayList 的 Iterator 舉例子講一下 Iterator 的代碼實現。
在看源碼以前，咱們先來回顧一下 Iterator 的使用。

不使用 Iterator 遍歷集合是這樣的：
for(int i=0; i<list.size();i++){  
        // ... 
    } 
//使用 Iterator 遍歷集合是這樣的：

Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    Object obj = iterator.next()
}複製代碼

通常狀況，若是隻是遍歷獲取集合的全部元素，我選擇使用第一種方式，由於用 iterator 感受好麻煩的樣子。可是確定不少童鞋都犯過一個這樣的錯誤，咱們在 for 循環裏面對集合進行了remove操做，可是最後的結果和咱們指望的不同，這時候老手告訴你，集合不能這樣操做，若是你要remove，請用 iterator操做，那樣不會出問題，因而，咱們默默的記下了這個結論。稍後，咱們會在Iterator 的源碼裏面找到緣由。

private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;//當前角標位置
        int lastRet;//用來標記當前須要刪除的元素角標
        int expectedModCount;//ArrayList元素個數

    private Itr() {
        this.lastRet = -1;//角標默認指向－1
        this.expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
    }

    public E next() {
        this.checkForComodification();//檢查 fail-fast
        int var1 = this.cursor;
        if(var1 >= ArrayList.this.size) {
            throw new NoSuchElementException();//角標越界
        } else {
            Object[] var2 = ArrayList.this.elementData;//ArrayList的底層實現實際上就是一個數組
            if(var1 >= var2.length) {//double check
                throw new ConcurrentModificationException();
            } else {
                this.cursor = var1 + 1;
                return var2[this.lastRet = var1];
            }
        }
    }

    public boolean hasNext() {
        //檢查是否大於數組長度
        return this.cursor != ArrayList.this.size;
    }

    public void remove() {
        if(this.lastRet < 0) {
            throw new IllegalStateException();
        } else {
            this.checkForComodification();
            try {
                ArrayList.this.remove(this.lastRet);//調用ArrayList的remove
                this.cursor = this.lastRet;//cursor
                this.lastRet = -1;//避免同時調用兩次remove
                this.expectedModCount = ArrayList.this.modCount;//更新數組長度
            } catch (IndexOutOfBoundsException var2) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }
｝複製代碼

注視我都寫在代碼裏面了，其實ArrayList.Iterator 就是一個對數組的遍歷，較之直接 for（）循環ArrayList，優勢是作了 fail-fast 檢查，而且增長了在遍歷過程當中刪除的功能。

再來詳細講一下for（）循環裏面不能用list.remove（i）的緣由。由於在 for(int i=0; i<list.size();i++) 語句中，假設 list 有4個元素，假若是在 i ＝ 0 的時候調用了list.remove(i),此時就出現了取值錯位而且漏值的狀況。可是在Iterator 裏面，咱們能夠看到有一行這樣的代碼 this.cursor = this.lastRet 改變了當前數組的角標。

這裏分享一個使用for循環而後再在循環裏面刪除值而且不會出錯的辦法

for (int i = list.size()-1; i >=0; i--) {
    String s = list.get(i);
    if (s.equals("remove")) {
        list.remove(i);
    }
}複製代碼

好了，很簡單的邏輯，Iterator 就分享到這裏吧，不一樣的集合裏面的 Iterator 的實現方式不同，可是邏輯都是同樣的，因此就再也不贅述了。

古耐～