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Java集合框架中迭代器Iterator解析

Java里面的数组数据可以通过索引来获取，那么对象呢？也是通过索引吗？今天我们就来分析一下Java集合中获取集合对象的方法迭代-Iterator。

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本篇文章主要分析一下Java集合框架中的迭代器部分，Iterator，该源码分析基于JDK1.8，分析工具，AndroidStudio，文章分析不足之处，还请指正！

一、简介

我们常常使用 JDK 提供的迭代接口进行 Java 集合的迭代。

 Iterator iterator = list.iterator();
      while(iterator.hasNext()){
        String string = iterator.next();
        //do something
      }

上面便是迭代器使用的基本模板，迭代其实我们可以简单地理解为遍历，是一个标准化遍历各类容器里面的所有对象的方法类。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。在 Java 中 Iterator 为一个接口，它只提供了迭代了基本规则：

  public interface Iterator {
  //判断容器内是否还有可供访问的元素
  boolean hasNext();
  //返回迭代器刚越过的元素的引用，返回值是 E
  E next();
  //删除迭代器刚越过的元素
  default void remove() {
    throw new UnsupportedOperationException("remove");
  }
}

上面便是迭代器的基本申明，我们通过具体的集合来分析。

二、集合分类

2.1 ArrayList的Iterator

我们通过分析ArrayList的源码可以知道，在 ArrayList 内部首先是定义一个内部类 Itr，该内部类实现 Iterator 接口，如下：

private class Itr implements Iterator {
  //....
}

在内部类实现了Iterator接口，而ArrayList的Iterator是返回的它的内部类Itr，所以我们主要看看Itr是如何实现的。

  public Iterator iterator() {
    return new Itr();
  }

接下来我们分析一下它的内部类Itr的实现方式。

  private class Itr implements Iterator {

    protected int limit = ArrayList.this.size;

    int cursor;    // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

    public boolean hasNext() {
      return cursor < limit;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      int i = cursor;
      if (i >= limit)
        throw new NoSuchElementException();
      Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
      if (i >= elementData.length)
        throw new ConcurrentModificationException();
      cursor = i + 1;
      return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
      if (lastRet < 0)
        throw new IllegalStateException();
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();

      try {
        ArrayList.this.remove(lastRet);
        cursor = lastRet;
        lastRet = -1;
        expectedModCount = modCount;
        limit--;
      } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
        throw new ConcurrentModificationException();
      }
    }

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
      Objects.requireNonNull(consumer);
      final int size = ArrayList.this.size;
      int i = cursor;
      if (i >= size) {
        return;
      }
      final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
      if (i >= elementData.length) {
        throw new ConcurrentModificationException();
      }
      while (i != size && modCount == expectedModCount) {
        consumer.accept((E) elementData[i++]);
      }
      // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
      cursor = i;
      lastRet = i - 1;

      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
  }

首先我们来分析一下定义的变量：

    protected int limit = ArrayList.this.size;

    int cursor;    // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

其中，limit是当前ArrayList的大小，cursor代表的是下一个元素的索引，而lastRet是上一个元素的索引，没有的话就返回-1，expectedModCount没什么多大用处。我们接着分析看迭代的时候怎么判断有没有后继元素的。

  public boolean hasNext() {
      return cursor < limit;
  }

很简单，就是判断下一个元素的索引有没有到达数组的容量大小，达到了就没有了，到头了！

接着，我们在分析一下获取当前索引的元素的方法next

    public E next() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      int i = cursor;
      if (i >= limit)
        throw new NoSuchElementException();
      Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
      if (i >= elementData.length)
        throw new ConcurrentModificationException();
      cursor = i + 1;
      return (E) elementData[lastRet = i];
    }

在next方法中为什么要判断modCount呢？即用来判断遍历过程中集合是否被修改过。modCount 用于记录 ArrayList 集合的修改次数，初始化为 0，，每当集合被修改一次（结构上面的修改，内部update不算），如 add、remove 等方法，modCount + 1，所以如果 modCount 不变，则表示集合内容没有被修改。该机制主要是用于实现 ArrayList 集合的快速失败机制，在 Java 的集合中，较大一部分集合是存在快速失败机制的。所以要保证在遍历过程中不出错误，我们就应该保证在遍历过程中不会对集合产生结构上的修改（当然 remove 方法除外），出现了异常错误，我们就应该认真检查程序是否出错而不是 catch 后不做处理。上面的代码比较简单，就是返回索引处的数组值。

对于ArrayList的迭代方法，主要是判断索引的值和数组的大小进行比较，看看还没有数据可以遍历了，然后再依次获取数组中的值，而已，主要抓住各个集合的底层实现方式即可进行迭代。

接下来我们在分析一下HashMap的Iterator的方法，其他方法类似，只要抓住底层实现方式即可。

2.2 HashMap的Iterator

在HashMap中，也有一个类实现了Iterator接口，只不过是个抽象类，HashIterator，我们来看看它的实现方式。

 private abstract class HashIterator implements Iterator {
    HashMapEntry next;    // next entry to return
    int expectedModCount;  // For fast-fail
    int index;       // current slot
    HashMapEntry current;   // current entry

    HashIterator() {
      expectedModCount = modCount;
      if (size > 0) { // advance to first entry
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
    }

    public final boolean hasNext() {
      return next != null;
    }

    final Entry nextEntry() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      HashMapEntry e = next;
      if (e == null)
        throw new NoSuchElementException();

      if ((next = e.next) == null) {
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
      current = e;
      return e;
    }

    public void remove() {
      if (current == null)
        throw new IllegalStateException();
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      Object k = current.key;
      current = null;
      HashMap.this.removeEntryForKey(k);
      expectedModCount = modCount;
    }
  }

同样，它也定义了一个变量

    HashMapEntry next;    // next entry to return
    int expectedModCount;  // For fast-fail
    int index;       // current slot
    HashMapEntry current;   // current entry

next代表下一个entry的节点，expectedModCount同样是用于判断修改状态，用于集合的快速失败机制。index代表当前索引，current当前所索引所代表的节点entry，我们来看看如何判断是否还有下一个元素的值的。

    public final boolean hasNext() {
      return next != null;
    }

很简单就是判断next是否为null，为null的话就代表没有数据了。

接着分析获取元素的方法

    final Entry nextEntry() {
      if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
      HashMapEntry e = next;
      if (e == null)
        throw new NoSuchElementException();
      // 一个Entry就是一个单向链表
      // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
      // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
      if ((next = e.next) == null) {
        HashMapEntry[] t = table;
        while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
          ;
      }
      current = e;
      return e;
    }

以上便是一些具体集合实例的迭代方法实现原理，同理可以分析其他集合的实现方式。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持创新互联。


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