Java集合框架中迭代器Iterator解析

Java里面的數(shù)組數(shù)據(jù)可以通過索引來獲取，那么對象呢？也是通過索引嗎？今天我們就來分析一下Java集合中獲取集合對象的方法迭代-Iterator。

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本篇文章主要分析一下Java集合框架中的迭代器部分，Iterator，該源碼分析基于JDK1.8，分析工具，AndroidStudio，文章分析不足之處，還請指正！

一、簡介

我們常常使用 JDK 提供的迭代接口進(jìn)行 Java 集合的迭代。

 Iterator iterator = list.iterator();
      while(iterator.hasNext()){
        String string = iterator.next();
        //do something
      }

上面便是迭代器使用的基本模板，迭代其實(shí)我們可以簡單地理解為遍歷，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化遍歷各類容器里面的所有對象的方法類。它總是控制 Iterator，向它發(fā)送”向前”，”向后”，”取當(dāng)前元素”的命令，就可以間接遍歷整個(gè)集合。在 Java 中 Iterator 為一個(gè)接口，它只提供了迭代了基本規(guī)則：

  public interface Iterator {
  //判斷容器內(nèi)是否還有可供訪問的元素
  boolean hasNext();
  //返回迭代器剛越過的元素的引用，返回值是 E
  E next();
  //刪除迭代器剛越過的元素
  default void remove() {
    throw new UnsupportedOperationException("remove");
  }
}

上面便是迭代器的基本申明，我們通過具體的集合來分析。

二、集合分類

2.1 ArrayList的Iterator

我們通過分析ArrayList的源碼可以知道，在 ArrayList 內(nèi)部首先是定義一個(gè)內(nèi)部類 Itr，該內(nèi)部類實(shí)現(xiàn) Iterator 接口，如下：

private class Itr implements Iterator {
  //....
}

在內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)了Iterator接口，而ArrayList的Iterator是返回的它的內(nèi)部類Itr，所以我們主要看看Itr是如何實(shí)現(xiàn)的。

  public Iterator iterator() {
    return new Itr();
  }

接下來我們分析一下它的內(nèi)部類Itr的實(shí)現(xiàn)方式。

  private class Itr implements Iterator {

    protected int limit = ArrayList.this.size;

    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 < limit;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      int i = cursor;
      if (i >= limit)
        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();
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();

      try {
        ArrayList.this.remove(lastRet);
        cursor = lastRet;
        lastRet = -1;
        expectedModCount = modCount;
        limit--;
      } 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;

      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
  }

首先我們來分析一下定義的變量：

    protected int limit = ArrayList.this.size;

    int cursor;    // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

其中，limit是當(dāng)前ArrayList的大小，cursor代表的是下一個(gè)元素的索引，而lastRet是上一個(gè)元素的索引，沒有的話就返回-1，expectedModCount沒什么多大用處。我們接著分析看迭代的時(shí)候怎么判斷有沒有后繼元素的。

  public boolean hasNext() {
      return cursor < limit;
  }

很簡單，就是判斷下一個(gè)元素的索引有沒有到達(dá)數(shù)組的容量大小，達(dá)到了就沒有了，到頭了！

接著，我們在分析一下獲取當(dāng)前索引的元素的方法next

    public E next() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      int i = cursor;
      if (i >= limit)
        throw new NoSuchElementException();
      Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
      if (i >= elementData.length)
        throw new ConcurrentModificationException();
      cursor = i + 1;
      return (E) elementData[lastRet = i];
    }

在next方法中為什么要判斷modCount呢？即用來判斷遍歷過程中集合是否被修改過。modCount 用于記錄 ArrayList 集合的修改次數(shù)，初始化為 0，，每當(dāng)集合被修改一次（結(jié)構(gòu)上面的修改，內(nèi)部update不算），如 add、remove 等方法，modCount + 1，所以如果 modCount 不變，則表示集合內(nèi)容沒有被修改。該機(jī)制主要是用于實(shí)現(xiàn) ArrayList 集合的快速失敗機(jī)制，在 Java 的集合中，較大一部分集合是存在快速失敗機(jī)制的。所以要保證在遍歷過程中不出錯(cuò)誤，我們就應(yīng)該保證在遍歷過程中不會(huì)對集合產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的修改（當(dāng)然 remove 方法除外），出現(xiàn)了異常錯(cuò)誤，我們就應(yīng)該認(rèn)真檢查程序是否出錯(cuò)而不是 catch 后不做處理。上面的代碼比較簡單，就是返回索引處的數(shù)組值。

對于ArrayList的迭代方法，主要是判斷索引的值和數(shù)組的大小進(jìn)行比較，看看還沒有數(shù)據(jù)可以遍歷了，然后再依次獲取數(shù)組中的值，而已，主要抓住各個(gè)集合的底層實(shí)現(xiàn)方式即可進(jìn)行迭代。

接下來我們在分析一下HashMap的Iterator的方法，其他方法類似，只要抓住底層實(shí)現(xiàn)方式即可。

2.2 HashMap的Iterator

在HashMap中，也有一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Iterator接口，只不過是個(gè)抽象類，HashIterator，我們來看看它的實(shí)現(xiàn)方式。

 private abstract class HashIterator implements Iterator {
    HashMapEntry next;    // next entry to return
    int expectedModCount;  // For fast-fail
    int index;       // current slot
    HashMapEntry current;   // current entry

    HashIterator() {
      expectedModCount = modCount;
      if (size > 0) { // advance to first entry
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
    }

    public final boolean hasNext() {
      return next != null;
    }

    final Entry nextEntry() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      HashMapEntry e = next;
      if (e == null)
        throw new NoSuchElementException();

      if ((next = e.next) == null) {
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
      current = e;
      return e;
    }

    public void remove() {
      if (current == null)
        throw new IllegalStateException();
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      Object k = current.key;
      current = null;
      HashMap.this.removeEntryForKey(k);
      expectedModCount = modCount;
    }
  }

同樣，它也定義了一個(gè)變量

    HashMapEntry next;    // next entry to return
    int expectedModCount;  // For fast-fail
    int index;       // current slot
    HashMapEntry current;   // current entry

next代表下一個(gè)entry的節(jié)點(diǎn)，expectedModCount同樣是用于判斷修改狀態(tài)，用于集合的快速失敗機(jī)制。index代表當(dāng)前索引，current當(dāng)前所索引所代表的節(jié)點(diǎn)entry，我們來看看如何判斷是否還有下一個(gè)元素的值的。

    public final boolean hasNext() {
      return next != null;
    }

很簡單就是判斷next是否為null，為null的話就代表沒有數(shù)據(jù)了。

接著分析獲取元素的方法

    final Entry nextEntry() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      HashMapEntry e = next;
      if (e == null)
        throw new NoSuchElementException();
      // 一個(gè)Entry就是一個(gè)單向鏈表
      // 若該Entry的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)不為空，就將next指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn);
      // 否則，將next指向下一個(gè)鏈表(也是下一個(gè)Entry)的不為null的節(jié)點(diǎn)。
      if ((next = e.next) == null) {
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
      current = e;
      return e;
    }

以上便是一些具體集合實(shí)例的迭代方法實(shí)現(xiàn)原理，同理可以分析其他集合的實(shí)現(xiàn)方式。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。

文章題目：Java集合框架中迭代器Iterator解析
URL鏈接：http://weahome.cn/article/jgddse.html

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