Java编程之迭代器模式（Iterator Pattern）

引言：

走进图书馆，你站在一排书架前，想要浏览书籍。你会一格格地从左到右翻阅书籍，而不是去研究书架是什么。
一本书一本书地翻，才知道书架上藏了什么书，研究书架的构造是不知道书籍的内容的。
这种“逐本访问，但不关心内部结构”的方式，正是迭代器模式所解决的问题。

一、什么是迭代器模式

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它用于顺序访问一个聚合对象（如集合、数组、列表等）中的元素，而不暴露其内部实现结构。

如同在图书馆看书，你只需一格一格地取书，不必关心书架内部是怎么存放书的。

二、模式结构与角色分工

我们以 Java 中模拟的“书架 BookShelf”为例，来理解迭代器模式的标准结构：

结构角色：

角色	作用说明
Iterator	定义遍历行为接口，如 hasNext() 和 next()
ConcreteIterator	实现具体的遍历逻辑
Aggregate	表示可被遍历的聚合容器
ConcreteAggregate	实现具体容器，如 BookShelf
Client	客户端，使用迭代器来遍历聚合对象

三、UML 类图（PlantUML）

如下为UML结构图：

四、完整 Java 示例：

实现一个支持迭代的“书架”，来实现书架与书的迭代器。

定义迭代器接口

public interface Iterator<T> {
    boolean hasNext();
    T next();
}

---

定义聚合接口

public interface Aggregate<T> {
    Iterator<T> createIterator();
}

---

实体类：书 Book

public class Book {
    private final String name;

    public Book(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

---

聚合类：书架 BookShelf

public class BookShelf implements Aggregate<Book> {
    private final Book[] books;
    private int last = 0;

    public BookShelf(int maxSize) {
        books = new Book[maxSize];
    }

    public void appendBook(Book book) {
        books[last++] = book;
    }

    public Book getBookAt(int index) {
        return books[index];
    }

    public int getLength() {
        return last;
    }

    @Override
    public Iterator<Book> createIterator() {
        return new BookShelfIterator(this);
    }
}

---

具体迭代器：BookShelfIterator

public class BookShelfIterator implements Iterator<Book> {
    private final BookShelf bookShelf;
    private int index = 0;

    public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {
        this.bookShelf = bookShelf;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return index < bookShelf.getLength();
    }

    @Override
    public Book next() {
        return bookShelf.getBookAt(index++);
    }
}

---

客户端使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BookShelf shelf = new BookShelf(5);
        shelf.appendBook(new Book("Java 入门"));
        shelf.appendBook(new Book("设计模式"));
        shelf.appendBook(new Book("数据结构"));

        Iterator<Book> iterator = shelf.createIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next().getName());
        }
    }
}

五、优点与适用场景

优点

迭代器模式的 5 大优势

优点点名	详细说明
封装遍历逻辑	遍历算法被封装在 Iterator 中，不暴露集合内部结构（如数组、链表），提高封装性和模块化。
统一遍历接口	客户端代码只需依赖统一的 hasNext() + next() 接口，遍历不同类型集合（数组、列表、集合）方式一致，降低学习和使用成本。
解耦数据与操作	将“存储数据”与“遍历行为”解耦，使集合可以专注于数据存储，迭代器专注于遍历策略。可独立扩展遍历方式，而不破坏集合类结构。
支持多种遍历策略	可以扩展出不同的迭代器实现，如： 正向遍历 反向遍历 跳步遍历（隔一个取一个） 过滤遍历（如只遍历奇数）
组合结构遍历利器	在树形结构、图结构、目录结构（如菜单、文件系统）中，也能借助迭代器实现统一的访问方式，特别适合组合模式联合使用。

适用场景详解

应用情境	举例说明
不想暴露集合内部结构	比如使用数组或链表实现的容器，客户端不应访问 books[i] 或 nextNode，而只应通过迭代器获取元素。
希望集合类与遍历逻辑解耦	当你需要根据数据源切换不同存储实现时（比如数组 ➜ 链表 ➜ 栈），客户端代码不应受影响，只需提供新的迭代器实现。
有多种遍历需求时	如：分页展示（一次显示10条）、筛选遍历（只显示评分大于4的书）、逆序浏览等。
需要统一接口处理不同容器	你希望能一套逻辑遍历多个不同集合对象（如 List、Set、自定义容器），通过统一接口提高代码复用性。
希望组合结构对象支持遍历	在文件目录、组织架构树、菜单栏中，想要统一地“层层展开浏览”，迭代器是组合模式的理想搭档。
开发脚本解释器、编译器	语言处理器中常常要遍历语法树（AST），语法元素集合可以通过迭代器统一访问，提高程序可扩展性。

六、在JDK 的使用

Java 中的 java.util.Iterator 就是这个模式的原生体现：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next());
}

只需要关注 元素如何一个个访问，而不关心其他因素。

总结

项目	内容
模式名称	迭代器模式（Iterator Pattern）
类型	行为型模式
典型用途	遍历集合，不暴露内部结构
Java 支持	java.util.Iterator 接口
类比说明	一本本地翻阅图书馆书架上的书

参考

《23种设计模式概览》