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深入理解Java中的迭代器


 

 
迭代器模式:就是提供一种方法对一个容器对象中的各个元素进行访问,而又不暴露该对象容器的内部细节。
概述
 
  Java集合框架的集合类,我们有时候称之为容器。容器的种类有很多种,比如ArrayList、LinkedList、HashSet...,每种容器都有自己的特点,ArrayList底层维护的是一个数组;LinkedList是链表结构的;HashSet依赖的是哈希表,每种容器都有自己特有的数据结构。
 
  因为容器的内部结构不同,很多时候可能不知道该怎样去遍历一个容器中的元素。所以为了使对容器内元素的操作更为简单,Java引入了迭代器模式! 
 
  把访问逻辑从不同类型的集合类中抽取出来,从而避免向外部暴露集合的内部结构。
 
对于数组我们使用的是下标来进行处理的:
 
1 int array[] = new int[3];    
2 for (int i = 0; i < array.length; i++) {
3     System.out.println(array[i]);
4 }
对ArrayList的处理
 
1 List<String> list = new ArrayList<String>();
2        for(int i = 0 ; i < list.size() ;  i++){
3           String string = list.get(i);
4 }
  对于这两种方式,我们总是都知道它的内部结构,访问代码和集合本身是紧密耦合的,无法将访问逻辑从集合类和客户端代码中分离出来。不同的集合会对应不同的遍历方法,客户端代码无法复用。在实际应用中如何将上面两个集合整合是相当麻烦的。所以才有Iterator,它总是用同一种逻辑来遍历集合。使得客户端自身不需要来维护集合的内部结构,所有的内部状态都由Iterator来维护。客户端不用直接和集合进行打交道,而是控制Iterator向它发送向前向后的指令,就可以遍历集合。
 
1.java.util.Iterator
下面让我们看看Java中的Iterator接口是如何实现的
 
  在Java中Iterator为一个接口,它只提供了迭代的基本规则。在JDK中它是这样定义的:对Collection进行迭代的迭代器。迭代器取代了Java Collection Framework中的Enumeration。迭代器与枚举有两点不同:
 
  1. 迭代器在迭代期间可以从集合中移除元素。
 
  2. 方法名得到了改进,Enumeration的方法名称都比较长。
 
其接口定义如下:
 
复制代码
package java.util;
public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();//判断是否存在下一个对象元素
 
    E next();//获取下一个元素
 
    void remove();//移除元素
}
复制代码
2.Iterable
  Java中还提供了一个Iterable接口,Iterable接口实现后的功能是‘返回’一个迭代器,我们常用的实现了该接口的子接口有:Collection<E>、List<E>、Set<E>等。该接口的iterator()方法返回一个标准的Iterator实现。实现Iterable接口允许对象成为Foreach语句的目标。就可以通过foreach语句来遍历你的底层序列。
 
  Iterable接口包含一个能产生Iterator对象的方法,并且Iterable被foreach用来在序列中移动。因此如果创建了实现Iterable接口的类,都可以将它用于foreach中。
 
Iterable接口的具体实现:
 
Package java.lang;
 
import java.util.Iterator;
public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}
使用迭代器遍历集合:
 
复制代码
 1 public static void main(String[] args) {
 2         List<String> list = new ArrayList<String>();
 3         list.add("张三1");
 4         list.add("张三2");
 5         list.add("张三3");
 6         list.add("张三4");
 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         //使用迭代器遍历ArrayList集合
20         Iterator<String> listIt = list.iterator();
21         while(listIt.hasNext()){
22             System.out.println(listIt.hasNext());
23         }
24         //使用迭代器遍历Set集合
25         Iterator<String> setIt = set.iterator();
26         while(setIt.hasNext()){
27             System.out.println(listIt.hasNext());
28         }
29         //使用迭代器遍历LinkedList集合
30         Iterator<String> linkIt = linkList.iterator();
31         while(linkIt.hasNext()){
32             System.out.println(listIt.hasNext());
33         }
34 }
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使用foreach遍历集合:
 
复制代码
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("张三1");
        list.add("张三2");
        list.add("张三3");
        list.add("张三4");
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }
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  可以看出使用foreach遍历集合的优势在于代码更加的简洁,更不容易出错,不用关心下标的起始值和终止值。
 
 3.Iterator遍历时不可以删除集合中的元素问题
   在使用Iterator的时候禁止对所遍历的容器进行改变其大小结构的操作。例如: 在使用Iterator进行迭代时,如果对集合进行了add、remove操作就会出现ConcurrentModificationException异常。
 
 
 
复制代码
 1         List<String> list = new ArrayList<String>();
 2         list.add("张三1");
 3         list.add("张三2");
 4         list.add("张三3");
 5         list.add("张三4");
 6         
 7         //使用迭代器遍历ArrayList集合
 8         Iterator<String> listIt = list.iterator();
 9         while(listIt.hasNext()){
10             Object obj = listIt.next();
11             if(obj.equals("张三3")){
12                 list.remove(obj);
13             }
14         }
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  因为在你迭代之前,迭代器已经被通过list.itertor()创建出来了,如果在迭代的过程中,又对list进行了改变其容器大小的操作,那么Java就会给出异常。因为此时Iterator对象已经无法主动同步list做出的改变,Java会认为你做出这样的操作是线程不安全的,就会给出善意的提醒(抛出ConcurrentModificationException异常)
 
Iterator的实现源码:  
 
复制代码
 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     }
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  通过查看源码发现原来检查并抛出异常的是checkForComodification()方法。在ArrayList中modCount是当前集合的版本号,每次修改(增、删)集合都会加1;expectedModCount是当前迭代器的版本号,在迭代器实例化时初始化为modCount。我们看到在checkForComodification()方法中就是在验证modCount的值和expectedModCount的值是否相等,所以当你在调用了ArrayList.add()或者ArrayList.remove()时,只更新了modCount的状态,而迭代器中的expectedModCount未同步,因此才会导致再次调用Iterator.next()方法时抛出异常。但是为什么使用Iterator.remove()就没有问题呢?通过源码的第32行发现,在Iterator的remove()中同步了expectedModCount的值,所以当你下次再调用next()的时候,检查不会抛出异常。
 
  使用该机制的主要目的是为了实现ArrayList中的快速失败机制(fail-fast),在Java集合中较大一部分集合是存在快速失败机制的。
 
  快速失败机制产生的条件:当多个线程对Collection进行操作时,若其中某一个线程通过Iterator遍历集合时,该集合的内容被其他线程所改变,则会抛出ConcurrentModificationException异常。
 
  所以要保证在使用Iterator遍历集合的时候不出错误,就应该保证在遍历集合的过程中不会对集合产生结构上的修改。
 
 使用Foreach时对集合的结构进行修改会出现异常:
 
  上面我们说了实现了Iterable接口的类就可以通过Foreach遍历,那是因为foreach要依赖于Iterable接口返回的Iterator对象,所以从本质上来讲,Foreach其实就是在使用迭代器,在使用foreach遍历时对集合的结构进行修改,和在使用Iterator遍历时对集合结构进行修改本质上是一样的。所以同样的也会抛出异常,执行快速失败机制。
 
  foreach是JDK1.5新增加的一个循环结构,foreach的出现是为了简化我们遍历集合的行为。
 
 for循环与迭代器的对比:
 
  * 效率上各有各的优势:
 
    > ArrayList对随机访问比较快,而for循环中使用的get()方法,采用的即是随机访问的方法,因此在ArrayList里for循环快。
 
    > LinkedList则是顺序访问比较快,Iterator中的next()方法采用的是顺序访问方法,因此在LinkedList里使用Iterator较快。
 
    > 主要还是要依据集合的数据结构不同的判断。