Java 集合框架源碼深度剖析：Iterator 模式實現內幕

Collection 根介面核心方法

java.util.Collection 為所有集合類根類型。關鍵方法語意：

• boolean add(Object)：回傳值非表示成功與否（失敗會拋例外），而是表示「集合內容是否發生變化」（元素數量/位置改變）。同理 addAll/remove/removeAll/retainAll。
• toArray() / toArray(Object[])：後者回傳陣列型別與參數一致；參數陣列足夠大則回傳該陣列（內容填入），不足則新建陣列；若參數陣列較大，多餘位置設為 null。
• iterator()：回傳 Iterator，統一遍歷介面。

Iterator 模式動機

無 Iterator 時，客戶端必須知悉內部結構：

// 陣列用索引
for (int i=0; i<list.size(); i++) { ... list.get(i) ... }

// 鏈表用指標
while ((e = e.next()) != null) { ... e.data() ... }

耦合度高、無法復用、換集合類別需重寫遍歷邏輯。Iterator 模式統一為：

for (Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) { ... it.next() ... }

奧義在於：遍歷狀態（游標、是否有下一個）由 Iterator 維護，集合類別透過工廠方法 iterator() 產生對應的 Iterator，客戶端僅操作 Iterator 介面。

Iterator 介面定義 (JDK 1.4)

public interface Iterator {
    boolean hasNext();
    Object next();
    void remove();
}

典型用法：

for (Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) {
    Object o = it.next();
    // 處理 o
}

JDK 1.5 引入增強 for 迴圈：for (Type t : c) { ... }。各集合回傳不同具體 Iterator（ArrayIterator、SetIterator 等），但皆實作 Iterator 介面，體現面向介面程式設計。

AbstractList 內部類 Itr 源碼剖析

private class Itr implements Iterator {
    int cursor = 0;           // 下一次 next() 回傳的索引
    int lastRet = -1;         // 上一次回傳的索引
    int expectedModCount = modCount; // 快照 modCount，用於檢測並發修改
}

hasNext()

public boolean hasNext() {
    return cursor != size();
}

next()

public Object next() {
    checkForComodification();
    try {
        Object next = get(cursor);
        lastRet = cursor++;
        return next;
    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
        checkForComodification();
        throw new NoSuchElementException();
    }
}

快速失效機制

AbstractList 持有 modCount (初始 0)，每次結構性修改 (add/remove 等) 遞增。Itr 建構時快照 expectedModCount，關鍵處呼叫 checkForComodification()：

final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
}

ConcurrentModificationException 為 RuntimeException，**不可捕獲忽略**，出現即表示程式邏輯錯誤（如遍歷中修改集合），需檢查代碼。

Iterator 自身的 remove() 安全

public void remove() {
    ...
    AbstractList.this.remove(lastRet);
    ...
    expectedModCount = modCount; // 同步快照，避免誤判
    ...
}

最佳實踐原則

• 遍歷過程**嚴禁**修改集合內容（呼叫 Iterator.remove() 除外）。
• 單執行緒使用集合，或多執行緒時對遍歷區塊加同步。
• 面向介面程式：Collection c = new ArrayList(); 換成 LinkedList 或 Vector，其餘代碼完全不用動。

完整範例

Collection c = new ArrayList();
c.add("abc");
c.add("xyz");
for (Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) {
    String s = (String) it.next();
    System.out.println(s);
}