您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 相關知識

Java 設計模式：迭代器模式全面掌握

編輯：Java 相關知識

從日常使用說起

Java 開發者每天都在用迭代器：


Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String item = it.next();
    // 業務邏輯
}

這正是迭代器模式的經典應用——提供統一介面順序存取聚合物件內部元素，而無需暴露其內部結構。

模式定義與四大角色

GoF 定義：提供一種方法訪問容器物件中各個元素，而又不需暴露該物件的內部細節。

角色	類別/介面	職責
Iterator	介面	定義 `hasNext()`、`next()`、`remove()` 等遍歷操作
ConcreteIterator	類別	實現遍歷演算法，維護當前游標位置
Container (Aggregate)	介面	宣告 `iterator()` 工廠方法
ConcreteContainer	類別	實現 `iterator()` 返回專屬迭代器實例

關鍵設計決策

1. 內部 vs 外部迭代器

類型	控制權	特點
外部迭代器	客戶端	靈活、可暫停/恢復、支援多重並發遍歷，Java 採用此模式
內部迭代器	迭代器自身	簡單但剛性，難以支援嵌套/並發遍歷，Java 中較少見

2. 遍歷演算法放在哪？

迭代器中：演算法可複用於不同容器，但需容器暴露內部結構（破壞封裝）
容器中：保護封裝，但演算法與容器綁定
Java 方案：迭代器作為容器的內部類，既能訪問私有欄位，又對外只暴露 Iterator 介面

JDK 內部實現剖析

AbstractList.Itr 為內部類實現：


private class Itr implements Iterator {
    int cursor = 0;           // 下一個元素索引
    int lastRet = -1;         // 上次返回元素索引
    int expectedModCount = modCount; // 快速失效機制
    
    public boolean hasNext() { return cursor != size(); }
    
    public E next() {
        checkForComodification();
        try {
            E next = get(cursor);
            lastRet = cursor++;
            return next;
        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
            checkForComodification();
            throw new NoSuchElementException();
        }
    }
    
    public void remove() {
        if (lastRet == -1) throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();
        try {
            AbstractList.this.remove(lastRet);
            if (lastRet < cursor) cursor--;
            lastRet = -1;
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

多態迭代的威力

客戶端程式碼只依賴 Iterator 介面，可透明遍歷 ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet 等任意容器：


public void printAll(Collection coll) {
    for (Iterator it = coll.iterator(); it.hasNext(); ) {
        System.out.println(it.next());
    }
}

自製迭代器的關鍵考量

挑戰	解決思路
遍歷過程中修改容器	採用快速失效：維護 `modCount`，檢測並發修改拋出 `ConcurrentModificationException`
支援深度遍歷（樹/圖）	迭代器內部維護堆疊/隊列，實現前序/中序/後序/廣度優先等多種策略
多種遍歷方式共存	容器提供多個工廠方法：`preOrderIterator()`、`breadthFirstIterator()` 等