Java中Iterator(迭代器)的用法及其背后機制的探究

在Java中遍歷List時會用到Java提供的Iterator，Iterator十分好用，原因是：

迭代器是一種設計模式，它是一個對象，它可以遍歷並選擇序列中的對象，而開發人員不需要了解該序列的底層結構。迭代器通常被稱為“輕量級”對象，因為創建它的代價小。

　　Java中的Iterator功能比較簡單，並且只能單向移動：

　　(1) 使用方法iterator()要求容器返回一個Iterator。第一次調用Iterator的next()方法時，它返回序列的第一個元素。注意：iterator()方法是java.lang.Iterable接口,被Collection繼承。

　　(2) 使用next()獲得序列中的下一個元素。

　　(3) 使用hasNext()檢查序列中是否還有元素。

　　(4) 使用remove()將迭代器新返回的元素刪除。

只要看看下面這個例子就一清二楚了：

import java.util.*;
public class Muster {

	public static void main(String[] args) {
		ArrayList list = new ArrayList();
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		Iterator it = list.iterator();
		while(it.hasNext()){
			String str = (String) it.next();
			System.out.println(str);
		}
	}
}

運行結果：

a
b
c

可以看到，Iterator可以不用管底層數據具體是怎樣存儲的，都能夠通過next()遍歷整個List。

但是，具體是怎么實現的呢？背后機制究竟如何呢？

這里我們來看看Java里AbstractList實現Iterator的源代碼：

1.public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> { // List接口實現了Collection<E>, Iterable<E> 
2.  
3.    protected AbstractList() {  
4.    }  
5.    
6.    ...  
7.  
8.    public Iterator<E> iterator() {  
9.    return new Itr();  // 這里返回一個迭代器
10.    }  
11.  
12.    private class Itr implements Iterator<E> {  // 內部類Itr實現迭代器
13.       
14.    int cursor = 0;  
15.    int lastRet = -1;  
16.    int expectedModCount = modCount;  
17.  
18.    public boolean hasNext() {  // 實現hasNext方法
19.            return cursor != size();  
20.    }  
21.  
22.    public E next() {  // 實現next方法
23.            checkForComodification();  
24.        try {  
25.        E next = get(cursor);  
26.        lastRet = cursor++;  
27.        return next;  
28.        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {  
29.        checkForComodification();  
30.        throw new NoSuchElementException();  
31.        }  
32.    }  
33.  
34.    public void remove() {  // 實現remove方法
35.        if (lastRet == -1)  
36.        throw new IllegalStateException();  
37.            checkForComodification();  
38.  
39.        try {  
40.        AbstractList.this.remove(lastRet);  
41.        if (lastRet < cursor)  
42.            cursor--;  
43.        lastRet = -1;  
44.        expectedModCount = modCount;  
45.        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {  
46.        throw new ConcurrentModificationException();  
47.        }  
48.    }  
49.  
50.    final void checkForComodification() {  
51.        if (modCount != expectedModCount)  
52.        throw new ConcurrentModificationException();  
53.    }  
54.    }  
55.}  

可以看到，實現next()是通過get(cursor)，然后cursor++，通過這樣實現遍歷。

這部分代碼不難看懂，唯一難懂的是remove操作里涉及到的expectedModCount = modCount;

在網上查到說這是集合迭代中的一種“快速失敗”機制，這種機制提供迭代過程中集合的安全性。

從源代碼里可以看到增刪操作都會使modCount++，通過和expectedModCount的對比，迭代器可以快速的知道迭代過程中是否存在list.add()類似的操作，存在的話快速失敗!

在第一個例子基礎上添加一條語句：

import java.util.*;
public class Muster {

	public static void main(String[] args) {
		ArrayList list = new ArrayList();
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		Iterator it = list.iterator();
		while(it.hasNext()){
			String str = (String) it.next();
			System.out.println(str);
			list.add("s");        //添加一個add方法
		}
	}
}

運行結果：

a
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
　　at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)
　　at java.util.ArrayList$Itr.next(Unknown Source)
　　at com.hasse.Muster.main(Muster.java:11)

這就會拋出一個下面的異常，迭代終止。

 

關於modCount，API解釋如下：

The number of times this list has been structurally modified. Structural modifications are those that change the size of the list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in progress may yield incorrect results.

也就是說，modCount記錄修改此列表的次數：包括 改變列表的結構，改變列表的大小，打亂列表的順序等使正在進行迭代產生錯誤的結果。

Tips:僅僅設置元素的值並不是結構的修改

我們知道的是ArrayList是線程不安全的，如果在使用迭代器的過程中有其他的線程修改了List就會拋出ConcurrentModificationException，這就是 Fail-Fast機制。