Java设计模式二十二迭代器模式 (Iterator Pattern)

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迭代器模式 (Iterator Pattern)

迭代器模式是一种行为型设计模式，它提供了一种方法，使得能够顺序地访问一个集合对象（如数组、列表、集合等）中的元素，而无需暴露集合的内部结构。通过迭代器模式，集合对象的遍历方式与集合对象的内部实现分离，客户端代码不需要关心集合的实现方式，只需要通过迭代器来访问集合的元素。

1. 迭代器模式的组成

迭代器模式通常包含以下几个角色：

Iterator（迭代器接口）：定义了遍历集合元素的接口，通常包含以下方法：
- hasNext()：判断是否还有下一个元素。
- next()：返回下一个元素。
- remove()：从集合中删除当前元素（可选操作）。
ConcreteIterator（具体迭代器）：实现了Iterator接口，负责遍历具体的集合，并提供访问集合元素的具体方法。
Aggregate（聚合接口）：定义了一个接口，用于创建迭代器对象。
ConcreteAggregate（具体聚合类）：实现了Aggregate接口，返回一个具体的迭代器对象，通常是一个集合对象。

2. 迭代器模式的工作流程

聚合类提供创建迭代器的方法，迭代器负责遍历聚合类（如集合、列表等）中的元素。
客户端通过迭代器对象来访问集合中的元素，不直接与集合对象交互。
迭代器通过hasNext()方法判断是否还有元素，使用next()方法获取当前元素。

3. 迭代器模式的实现

场景示例：遍历书籍集合

假设我们有一个书籍的集合类BookCollection，我们想要对其中的书籍进行迭代访问，使用迭代器模式来实现对书籍集合的遍历。

1) 定义迭代器接口

Iterator接口定义了访问集合元素的方法。

// 迭代器接口
public interface Iterator {
    boolean hasNext();  // 判断是否还有下一个元素
    Object next();      // 返回下一个元素
}

2) 定义聚合接口

Aggregate接口定义了创建迭代器的方法。

// 聚合接口
public interface Aggregate {
    Iterator createIterator();  // 创建迭代器
}

3) 定义具体的迭代器

BookIterator是Iterator接口的具体实现，负责遍历BookCollection集合中的书籍。

// 具体迭代器
public class BookIterator implements Iterator {
    private BookCollection collection;
    private int index = 0;

    public BookIterator(BookCollection collection) {
        this.collection = collection;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return index < collection.getSize();
    }

    @Override
    public Object next() {
        if (this.hasNext()) {
            return collection.getBookAt(index++);
        }
        return null;
    }
}

4) 定义具体的聚合类

BookCollection类是具体的集合类，保存书籍并提供获取书籍的操作。

// 具体聚合类：书籍集合
public class BookCollection implements Aggregate {
    private List<String> books = new ArrayList<>();

    public void addBook(String book) {
        books.add(book);
    }

    public String getBookAt(int index) {
        return books.get(index);
    }

    public int getSize() {
        return books.size();
    }

    @Override
    public Iterator createIterator() {
        return new BookIterator(this);  // 返回具体的迭代器
    }
}

5) 客户端代码

客户端代码通过创建一个BookCollection实例，并使用Iterator对象来遍历其中的书籍。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建书籍集合
        BookCollection bookCollection = new BookCollection();
        bookCollection.addBook("Java编程思想");
        bookCollection.addBook("Spring实战");
        bookCollection.addBook("设计模式");

        // 获取迭代器
        Iterator iterator = bookCollection.createIterator();

        // 使用迭代器遍历书籍集合
        while (iterator.hasNext()) {
            String book = (String) iterator.next();
            System.out.println("书籍: " + book);
        }
    }
}

运行结果：

书籍: Java编程思想
书籍: Spring实战
书籍: 设计模式

4. 迭代器模式的优点

简化集合遍历： 客户端通过统一的迭代器接口来访问集合元素，不需要关心集合的内部实现。
解耦集合与遍历逻辑： 集合对象和遍历逻辑分开，客户端不依赖于集合的具体实现，增强了系统的灵活性和可维护性。
支持多种遍历方式： 可以根据需要实现不同类型的迭代器，如正向迭代器、反向迭代器等，灵活应对不同的需求。
符合单一职责原则： 集合类负责数据存储，而迭代器负责遍历逻辑，职责清晰。

5. 迭代器模式的缺点

增加了类的数量： 迭代器模式会增加额外的迭代器类和聚合类，导致系统的类的数量增多。
不适合快速变化的集合： 如果集合结构频繁变化，可能导致需要频繁修改迭代器类，不如直接操作集合简便。

6. 迭代器模式的应用场景

集合类的遍历： 当需要对集合中的元素进行遍历操作时，迭代器模式提供了统一的遍历方式，避免了客户端代码对集合结构的依赖。
复杂数据结构的遍历： 适用于需要遍历的复杂数据结构（如树、图等），使用迭代器可以简化遍历逻辑。
支持多种遍历方式： 当需要对集合进行多种遍历操作时，可以定义不同的迭代器，提供灵活的遍历方式。
数据分离： 当需要将数据存储和遍历操作分开时，迭代器模式提供了一种清晰的结构。

7. 总结

迭代器模式通过提供一个统一的接口来遍历集合对象中的元素，将遍历的逻辑从集合类中分离出来，使得客户端代码不再直接依赖于集合的实现。它可以提高代码的灵活性和可维护性，尤其适用于集合对象需要频繁访问和遍历的场景。不过，迭代器模式可能会增加类的数量，因此需要根据实际需求权衡是否使用该模式。