Java 迭代器完全指南：Iterator 與 ListIterator 核心用法詳解

Java 迭代器完全指南：Iterator 與 ListIterator 核心用法詳解

迭代器模式是行為型設計模式之一，提供統一介面順序訪問聚合物件元素，且無需暴露內部結構。Java 集合框架通過 Iterable 介面支援迭代器，本文詳細解析 Iterator 與 ListIterator 的核心方法、使用場景與最佳實踐。

迭代器核心概念

• 輕量級物件：創建開銷小，專注於遍歷邏輯
• 單向遍歷：標準 Iterator 僅支援單向移動
• 失效快速：遍歷過程中集合結構修改會拋出 ConcurrentModificationException
• 介面定義：java.util.Iterator<E> 繼承自 Iterable<E>

Iterator 核心方法

ListIterator 進階功能

ListIterator<E> 繼承 Iterator<E>，專為 List 設計，支援雙向遍歷與元素修改：

實戰代碼範例

基本遍歷：for 循環風格（推薦）

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("AA");
list.add("BB");
list.add("CC");

// 風格 1：for 循環（最常用，作用域清晰）
for (Iterator<String> iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
    String str = iter.next();
    System.out.println(str);
}

// 風格 2：while 循環
Iterator<String> iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    String str = iter.next();
    System.out.println(str);
}

// 風格 3：Java 8+ forEachRemaining
list.iterator().forEachRemaining(System.out::println);

安全移除元素

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "B", "D"));
Iterator<String> iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    String s = iter.next();
    if ("B".equals(s)) {
        iter.remove(); // 唯一安全的移除方式
    }
}
// 結果：[A, C, D]

ListIterator 雙向遍歷與修改

List<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
ListIterator<String> iter = list.listIterator();

// 正向遍歷並修改
while (iter.hasNext()) {
    String s = iter.next();
    if ("B".equals(s)) {
        iter.set("B_UPDATED"); // 替換
        iter.add("INSERTED");  // 在 C 前插入
    }
}
// 當前游標在 "C" 後，可反向遍歷
while (iter.hasPrevious()) {
    System.out.print(iter.previous() + " "); // 輸出：C INSERTED B_UPDATED A
}

常見陷阱與最佳實踐

❌ 錯誤：for-each 循環中移除元素

// 編譯通過，運行拋 ConcurrentModificationException
for (String s : list) {
    if ("B".equals(s)) list.remove(s); // 禁止！
}

✅ 正確：使用 Iterator.remove()

Iterator<String> iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    if ("B".equals(iter.next())) iter.remove();
}

✅ 正確：Java 8+ Stream 過濾（創建新集合）

List<String> filtered = list.stream()
    .filter(s -> !"B".equals(s))
    .collect(Collectors.toList());

✅ 正確：List.removeIf()（就地修改，Java 8+）

list.removeIf(s -> "B".equals(s)); // 內部使用 Iterator，線程不安全但單線程高效

自定義迭代器實現

public class CustomRange implements Iterable<Integer> {
    private final int start, end, step;
    
    public CustomRange(int start, int end, int step) {
        this.start = start; this.end = end; this.step = step;
    }
    
    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<Integer>() {
            int current = start;
            @Override
            public boolean hasNext() { return current < end; }
            @Override
            public Integer next() {
                if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
                int val = current;
                current += step;
                return val;
            }
        };
    }
}

// 使用：支援 for-each 循環
for (int i : new CustomRange(0, 10, 2)) {
    System.out.println(i); // 0, 2, 4, 6, 8
}

原理深度解析

ArrayList 迭代器實現

• 內部類 Itr 實現 Iterator
• 維護 cursor（下一個元素索引）、lastRet（最後返回索引）、expectedModCount（預期修改計數）
• next() 檢查 modCount == expectedModCount，不一致拋出 ConcurrentModificationException

ConcurrentModificationException 觸發條件

• 多線程並發修改同一集合
• 單線程中：遍歷過程中直接調用集合的 add/remove/clear 方法
• 同一迭代器多次調用 remove() 未中間調用 next()

效能比較

總結

• Iterator 是集合遍歷的統一抽象，核心三方法：hasNext()、next()、remove()
• ListIterator 增加雙向遍歷、索引獲取、元素替換與插入能力
• 遍歷時修改集合必須使用迭代器的 remove()，或 Java 8+ removeIf()/Stream
• 實現 Iterable 介面即可支援 for-each 循環，擴展性極強
• 理解失效快速機制，避免並發修改異常

熟練掌握迭代器用法，是高效操作 Java 集合、編寫健壯代碼的基礎技能之一。