大杂烩 -- Iterator 和 Iterable 区别和联系

最新推荐文章于 2021-10-26 23:09:09 发布

原创最新推荐文章于 2021-10-26 23:09:09 发布 · 68 阅读

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本文深入探讨了Iterator模式在遍历集合中的应用，解释了为何要使用此模式，以及它是如何简化客户端代码并提高代码复用性的。同时，文章还讨论了Iterable接口的重要性，以及为何集合类选择实现Iterable而非Iterator接口。

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用Iterator模式实现遍历集合

Iterator模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合的内部结构。

例如，如果没有使用Iterator，遍历一个数组的方法是使用索引： for(int i=0; i<array.size(); i++) { ... get(i) ... }

而访问一个链表（LinkedList）又必须使用while循环： while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... }

以上两种方法客户端都必须事先知道集合的内部结构，访问代码和集合本身是紧耦合，无法将访问逻辑从集合类和客户端代码中分离出来，每一种集合对应一种遍历方法，客户端代码无法复用。

更恐怖的是，如果以后需要把ArrayList更换为LinkedList，则原来的客户端代码必须全部重写。

解决以上问题，Iterator模式总是用同一种逻辑来遍历集合： for(Iterator it = c.iterater(); it.hasNext(); ) { ... }

奥秘在于客户端自身不维护遍历集合的"指针"，所有的内部状态（如当前元素位置，是否有下一个元素）都由Iterator来维护，而这个Iterator由集合类通过工厂方法生成，因此，它知道如何遍历整个集合。

客户端从不直接和集合类打交道，它总是控制Iterator，向它发送"向前"，"向后"，"取当前元素"的命令，就可以间接遍历整个集合。

首先看看Java.util.Iterator接口的定义：
public interface Iterator { boolean hasNext(); Object next(); void remove(); }

依赖前两个方法就能完成遍历，典型的代码如下：
for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) { Object o = it.next(); // 对o的操作... }

每一种集合类返回的Iterator具体类型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回 SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它们都实现了Iterator接口，因此，客户端不关心到底是哪种 Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是面向对象的威力。

所有集合类都实现了 Collection 接口，而 Collection 继承了 Iterable 接口。

/** 
 * Implementing this interface allows an object to be the target of 
 * the "foreach" statement. 
 * 
 * @param <T> the type of elements returned by the iterator 
 * 
 * @since 1.5 
 */  
public interface Iterable<T> {  
  
    /** 
     * Returns an iterator over a set of elements of type T. 
     * 
     * @return an Iterator. 
     */  
    Iterator<T> iterator();  
}

而在具体的实现类中（比如 ArrayList），则在内部维护了一个 Itr 内部类，该类继承了 Iterator 接口，它的hasNext() 和 next() 方法是和 ArrayList 实现相耦合的。当调用 ArrayList 对象的 iterator() 方法的时候，返回该类 Itr 的一个实例，从而实现遍历 ArrayList 的功能。

    /**
     * Returns an iterator over the elements in this list in proper sequence.
     *
     * <p>The returned iterator is <a href="#fail-fast"><i>fail-fast</i></a>.
     *
     * @return an iterator over the elements in this list in proper sequence
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

    /**
     * An optimized version of AbstractList.Itr
     */
    private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
            Objects.requireNonNull(consumer);
            final int size = ArrayList.this.size;
            int i = cursor;
            if (i >= size) {
                return;
            }
            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                consumer.accept((E) elementData[i++]);
            }
            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
            cursor = i;
            lastRet = i - 1;
            checkForComodification();
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

为什么一定要去实现Iterable这个接口呢？为什么不直接实现Iterator接口呢？

看一下JDK中的集合类，比如List一族或者Set一族，都是实现了Iterable接口，但并不直接实现Iterator接口。仔细想一下这么做是有道理的。

因为Iterator接口的核心方法next()或者hasNext() 是依赖于迭代器的当前迭代位置的。如果Collection直接实现Iterator接口，势必导致集合对象中包含当前迭代位置的数据(指针)。当集合在不同方法间被传递时，由于当前迭代位置不可预置，那么next()方法的结果会变成不可预知。除非再为Iterator接口添加一个reset()方法，用来重置当前迭代位置。但即时这样，Collection也只能同时存在一个当前迭代位置。而Iterable则不然，每次调用都会返回一个从头开始计数的迭代器。多个迭代器是互不干扰的。

啦啦啦