深入理解 Java 迭代器模式：核心概念與原始碼解析

迭代器模式簡介

迭代器模式提供一種方法，能夠順序存取一個容器物件中的各個元素，而無需暴露該物件的內部結構。屬於行為型設計模式。

若問 Java 中應用最廣泛的設計模式，答案非單例、非工廠、非策略，而是迭代器模式。來看一段經典代碼：

public static void print(Collection coll) {
    Iterator it = coll.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        String str = (String) it.next();
        System.out.println(str);
    }
}

此方法用於迭代打印字符串集合，內部便使用了迭代器模式。Java 語言已完整實作迭代器模式，Iterator 即迭代器之意。

迭代器與聚集的關係

迭代器與聚集（集合、容器）息息相關。聚集可視為一個裝載物件的容器，如 List、Set、Map，甚至陣列。迭代器的作用是將容器中的物件逐一遍歷出來。

迭代器模式的結構

• 抽象容器：通常是一個介面，提供 iterator() 方法，如 Collection、List、Set。
• 具體容器：抽象容器的具體實作類，如 ArrayList、LinkedList、HashSet。
• 抽象迭代器：定義遍歷元素所需的方法，通常包含 first()、next()、isDone()（或 hasNext()）、remove()。
• 具體迭代器：實作迭代器介面，完成聚集的迭代邏輯。

實作細節與 Java 集合框架

迭代器模式的規範較寬鬆，具體實作多樣。在 Java Collections 中，具體迭代器通常以內部類形式定義於容器類中，這樣既保護了容器的封裝性，又提供了遍歷算法的擴展點。

以下為 AbstractList 中迭代器實作的核心片段：

public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List {
    // ...
    public Iterator iterator() {
        return new Itr();
    }

    private class Itr implements Iterator {
        int cursor = 0;
        int lastRet = -1;
        int expectedModCount = modCount;

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

        public Object next() {
            checkForComodification();
            try {
                Object 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();
        }
    }
}

迭代器模式的優缺點

優點

• 簡化遍歷操作，特別是對於 Hash 表等複雜結構。
• 可提供多種遍歷方式（如正序、逆序）。
• 封裝性好，使用者無需關心遍歷算法細節。

缺點

• 對於簡單遍歷（如陣列、ArrayList），使用迭代器較繁瑣，傳統 for 迴圈配合 get() 更直接。

適用場景

迭代器模式與聚集共生共存。一般情況下，實作一個新容器時需同時提供其迭代器。但現代語言的標準庫已內建完善的容器與迭代器，開發者極少需自行實作，直接使用現有 API 即可。