深入剖析 Java 集合框架中的迭代器模式實現原理

前言：為什麼需要 Iterator？

在沒有統一遍歷介面之前，陣列用 for (int i=0; i<size; i++)，鏈表用 while ((e=e.next())!=null)。客戶端代碼與具體集合內部結構強耦合，一旦將 ArrayList 換成 LinkedList，遍歷邏輯就得全改寫。Iterator 模式正是為了解決這個問題而生：以統一介面隱藏內部結構，實現遍歷邏輯與集合實現的解耦。

Collection 根介面的關鍵契約

• boolean add(E e)：回傳值非表示成功與否，而是「集合內容是否發生變化」；失敗必須拋出異常。
• iterator()：工廠方法，回傳專屬的 Iterator 實例，啟動統一遍歷流程。

Iterator 介面定義 (JDK 1.4.2)

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

標準遍歷慣用語：

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

JDK 1.5 引入增強 for 循環 for (Type t : c)，編譯器自動轉換為上述 Iterator 代碼。

AbstractList 內部類 Itr 源碼深度解析

AbstractList 以 private class Itr implements Iterator 實現迭代器，iterator() 僅回傳 new Itr()。客戶端完全不知具體類型，完美體現「面向介面編程」。

三大核心欄位

• int cursor = 0：下一次 next() 將回傳的元素索引。
• int lastRet = -1：上一次回傳元素的索引，供 remove() 使用。
• int expectedModCount = modCount：快照式記錄集合修改次數，用於檢測並發修改。

關鍵方法實現

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();
    }
}

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

安全移除機制

僅允許透過 Iterator 自身的 remove() 刪除當前元素，內部會同步更新 expectedModCount = modCount，避免拋出 ConcurrentModificationException。此異常屬 RuntimeException，絕不可捕捉忽略，出現即表示程式邏輯有誤，需修正代碼而非吞掉異常。

多執行緒下的遍歷安全原則

1. 單執行緒環境：遍歷期間勿修改集合（Iterator.remove() 除外）。
2. 多執行緒環境：對遍歷代碼塊加鎖同步，或使用 CopyOnWriteArrayList 等並發安全容器。

完整範例：一體適用於 ArrayList/LinkedList/Vector

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);
}

將第一行換成 new LinkedList() 或 new Vector()，其餘代碼完全不用動，功能不變——這就是「依賴抽象不依賴具體」的威力。