Java設計模式8：迭代器模式

五月的倉頡發表於2015-10-24
Java設計模式

迭代器模式

迭代器模式又叫做遊標（Cursor）模式，其作用是提供一種方法訪問一個容器元素中的各個物件，而又不暴露該物件的內部細節。

 

迭代器模式結構

迭代器模式由以下角色組成：

1、迭代器角色

負責定義訪問和遍歷元素的介面

2、具體迭代器角色

實現迭代器介面，並要記錄遍歷中的當前位置

3、容器角色

負責提供建立具體迭代器角色的介面

4、具體容器角色

實現建立具體迭代器角色的介面，這個具體迭代器角色與該容器的結構相關

 

迭代器模式在JDK中的應用及解讀

迭代器模式就不自己寫例子了，直接使用JDK中的例子。為什麼我們要使用迭代器模式，思考一個問題，假如我有一個ArrayList和一個LinkedList：

List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
arrayList.add(1);
arrayList.add(2);
        
List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
linkedList.add(3);
linkedList.add(4);

如何去遍歷這兩個List相信每個人都很清楚：

System.out.println("ArrayList：");
for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++)
    System.out.print(arrayList.get(i) + "\t");
        
System.out.println("\nLinkedList：");
for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++)
    System.out.print(linkedList.get(i) + "\t");

執行結果為：

ArrayList：
1    2    
LinkedList：
3    4

這是因為恰好，我們知道ArrayList和LinkedList的訪問方式，有些喜歡研究的人知道ArrayList和LinkedList的內部結構，但如果現在我給你一個HashSet：

HashSet<Integer> hashSet = new HashSet<Integer>();
hashSet.add(5);
hashSet.add(6);

將如何遍歷？可能你還以為可以使用類似List的遍歷方式，不過很遺憾，HashSet中根本沒有提供get方法。

這時候就輪到迭代器出場了，不管是什麼資料結構，不管你聽過還是沒聽過，不管你見過還是沒見過，只要它實現了Iterable介面，都可以用類似的方式去遍歷，我把ArrayList、LinkedList、HashSet的遍歷寫在一起：

Iterator<Integer> iter = null;

System.out.println("ArrayList：");
iter = arrayList.iterator();
while (iter.hasNext())
{
    System.out.print(iter.next() + "\t");
}

System.out.println("\nLinkedList：");
iter = linkedList.iterator();
while (iter.hasNext())
{
    System.out.print(iter.next() + "\t");
}
        
System.out.println("\nHashSet：");
iter = hashSet.iterator();
while (iter.hasNext())
{
    System.out.print(iter.next() + "\t");
}

看一下執行結果：

ArrayList：
1    2    
LinkedList：
3    4    
HashSet：
5    6

看到這就遍歷出來ArrayList、LinkedList、HashSet了，以後遇到一個集合，只要實現了iterable介面，也都可以類似這麼遍歷。這就是開頭迭代器模式的定義說的，開發者不需要知道集合中如何去遍歷的細節，只管用類似的遍歷方法就好了。

 

Iterable介面和Iterator介面

這兩個都是迭代相關的介面，可以這麼認為，實現了Iterable介面，則表示某個物件是可被迭代的；Iterator介面相當於是一個迭代器，實現了Iterator介面，等於具體定義了這個可被迭代的物件時如何進行迭代的。參看Iterable介面的定義：

public interface Iterable<T> {

    /**
     * Returns an iterator over a set of elements of type T.
     * 
     * @return an Iterator.
     */
    Iterator<T> iterator();
}

這樣物件就可以使用這個類的迭代器進行迭代了，一般Iterable和Iterator介面都是結合著一起使用的。為什麼一定要實現Iterable介面而不直接實現Iterator介面了呢，這個問題我也是在自己寫了ArrayList和LinkedList的實現之後才想明白的，這麼做確實有道理：

因為Iterator介面的核心方法next()或者hasNext()都是依賴於迭代器的當前迭代位置的。如果Collection直接實現Iterator介面，勢必導致集合物件中包含當前迭代位置的資料，當集合在不同方法間被傳遞時，由於當前迭代位置不可預置，那麼next()方法的結果會變成不可預知的。除非再為Iterator介面新增一個reset()方法，用來重置當前迭代位置。但即使這樣，Collection也同時只能存在一個當前迭代位置。而Iterable，每次呼叫都返回一個從頭開始計數的迭代器，多個迭代器時互不干擾。

可能這麼解釋不是很明白，再解釋明白一點，我自己寫的一個ArrayList，如果直接實現Iterator介面，那麼勢必是這麼寫的：

public class ArrayList<E> implements List<E>, Iterator<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable
{
    /**
     * 序列化ID
     */
    private static final long serialVersionUID = -5786598508477165970L;
    
    private int size = 0;
    private transient Object[] elementData = null;
    
    public E next()
    {
        ...
    }
    
    public boolean hasNext()
    {
        ...
    }
    ...
}

這麼問題就來了，如果一個ArrayList例項被多個地方迭代，next()方法、hasNext()直接操作的是ArrayList中的資源，假如我在ArrayList中定義一個迭代位置的變數，那麼對於不同呼叫處，這個迭代變數是共享的，執行緒A迭代的時候將迭代變數設定成了第5個位置，這時候切換到了執行緒B，對於執行緒B來講，就從第5個位置開始遍歷此ArrayList了，根本不是從0開始，如何正確迭代？

實現Iterable介面返回一個Iterator介面的例項就不一樣了，我為自己寫的ArrayList定義一個內部類：

public class ArrayListIterator implements Iterator<E>
{
    int iteratorPostion = 0;
    
    /**
     * 判斷是否後面還有元素
     */
    @Override
    public boolean hasNext()
    {
        if ((iteratorPostion + 1) > size)
            return false;
        return true;
    }

    /**
     * 返回之前一個元素的引用
     */
    @Override
    public E next()
    {
        return (E)elementData[iteratorPostion++];
    }
    ...
}

每次都返回一個返回一個ArrayListIterator例項出去：

/**
 * 返回一個ArrayList的迭代器，可以通過該迭代器遍歷ArrayList中的元素
 */
public Iterator<E> iterator()
{
    return new ArrayListIterator();
}

這就保證了，即使是多處同時迭代這個ArrayList，依然每處都是從0開始迭代這個ArrayList例項的。

 

迭代器模式的優缺點

優點

1、簡化了便利方式，對於物件集合的遍歷，還是比較麻煩的，對於陣列或者有序列表，我們還可以通過下標來獲取，但使用者需要在對集合很瞭解的情況下，才能自行遍歷物件（有時即使你瞭解了集合，還未必能直接遍歷，比如上面的HashSet就沒有提供get方法）。而引入了迭代器方法後，使用者用起來就簡單地多了

2、可以供多種遍歷方式，比如對於有序列表，可以正向遍歷也可以倒序遍歷，只要迭代器實現得好

3、封裝性好，使用者只需要得到迭代器就可以遍歷，而對於遍歷演算法則不用去關心

缺點

對於比較簡單的遍歷（陣列或者有序列表），使用迭代器方式遍歷較為繁瑣而且遍歷效率不高，使用迭代器的方式比較適合那些底層以連結串列形式實現的集合

 

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