Java源码分析：深入探讨Iterator模式

作者：兄弟连

java.util包中包含了一系列重要的集合类。本文将从分析源码入手，深入研究一个集合类的内部结构，以及遍历集合的迭代模式的源码实现内幕。

　　下面我们先简单讨论一个根接口Collection，然后分析一个抽象类AbstractList和它的对应Iterator接口，并仔细研究迭代子模式的实现原理。

　　本文讨论的源代码版本是JDK 1.4.2，因为JDK 1.5在java.util中使用了很多泛型代码，为了简化问题，所以我们还是讨论1.4版本的代码。

　　集合类的根接口Collection

Collection接口是所有集合类的根类型。它的一个主要的接口方法是：

boolean add(Object c)

add()方法将添加一个新元素。注意这个方法会返回一个boolean，但是返回值不是表示添加成功与否。仔细阅读doc可以看到，Collection规定：如果一个集合拒绝添加这个元素，无论任何原因，都必须抛出异常。这个返回值表示的意义是add()方法执行后，集合的内容是否改变了（就是元素有无数量，位置等变化），这是由具体类实现的。即：如果方法出错，总会抛出异常；返回值仅仅表示该方法执行后这个Collection的内容有无变化。

　　类似的还有：

boolean addAll(Collection c);

boolean remove(Object o);

boolean removeAll(Collection c);

boolean remainAll(Collection c);

Object[] toArray()方法很简单，把集合转换成数组返回。Object[] toArray(Object[] a)方法就有点复杂了，首先，返回的Object[]仍然是把集合的所有元素变成的数组，但是类型和参数a的类型是相同的，比如执行：

String[] o = (String[])c.toArray(new String[0]);

　　得到的o实际类型是String[]。

　　其次，如果参数a的大小装不下集合的所有元素，返回的将是一个新的数组。如果参数a的大小能装下集合的所有元素，则返回的还是a，但a的内容用集合的元素来填充。尤其要注意的是，如果a的大小比集合元素的个数还多，a后面的部分全部被置为null。

　　最后一个最重要的方法是iterator()，返回一个Iterator（迭代子），用于遍历集合的所有元素。

　　用Iterator模式实现遍历集合

Iterator模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合的内部结构。

　　例如，如果没有使用Iterator，遍历一个数组的方法是使用索引：

for(int i=0; i

　　而访问一个链表（LinkedList）又必须使用while循环：

while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... }

　　以上两种方法客户端都必须事先知道集合的内部结构，访问代码和集合本身是紧耦合，无法将访问逻辑从集合类和客户端代码中分离出来，每一种集合对应一种遍历方法，客户端代码无法复用。

　　更恐怖的是，如果以后需要把ArrayList更换为LinkedList，则原来的客户端代码必须全部重写。

　　为解决以上问题，Iterator模式总是用同一种逻辑来遍历集合：

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

　　奥秘在于客户端自身不维护遍历集合的"指针"，所有的内部状态（如当前元素位置，是否有下一个元素）都由Iterator来维护，而这个Iterator由集合类通过工厂方法生成，因此，它知道如何遍历整个集合。

　　客户端从不直接和集合类打交道，它总是控制Iterator，向它发送"向前"，"向后"，"取当前元素"的命令，就可以间接遍历整个集合。

　　首先看看java.util.Iterator接口的定义：

public interface Iterator {

boolean hasNext();

Object next();

void remove();

}

　　依赖前两个方法就能完成遍历，典型的代码如下：

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

Object o = it.next();

// 对o的操作...

}

　　在JDK1.5中，还对上面的代码在语法上作了简化：

// Type是具体的类型，如String。

for(Type t : c) {

// 对t的操作...

}

　　每一种集合类返回的Iterator具体类型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它们都实现了Iterator接口，因此，客户端不关心到底是哪种Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是面向对象的威力。

Iterator源码剖析

　　让我们来看看AbstracyList如何创建Iterator。首先AbstractList定义了一个内部类（inner class）：

private class Itr implements Iterator {

...

}

　　而iterator()方法的定义是：

public Iterator iterator() {

return new Itr();

}

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