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[Java知识库]Java迭代器详解，看这一篇就够了

文章目录

🚩Java 迭代器详解
📚迭代器的定义
📒认识Iterator
??类结构图
??Iterable接口
🖍?Iterator接口
📃Iterator接口的方法

📙迭代器的使用
🏷?使用迭代器遍历集合
🔖Itertor的执行原理
?图示执行过程
?执行过程详解

🃏生成迭代器的快捷键

📕迭代器中的remove()
?迭代器的remove()方法使用
??迭代器遍历中调用集合revome()方法触发异常

📗增强for循环
📫认识增强for循环
📪基本语法
📬增强for循环的使用
📭增强for循环的快捷键

🚩Java 迭代器详解

📚迭代器的定义

迭代器是属于设计模式之一，迭代器模式提供了一种方法来顺序访问一个聚合对象中各个元素，而不保留该对象的内部表示。

1）Iterator对象称为迭代器，主要用于遍历Collection集合中的元素。
2）所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象，即可以返回一个迭代器。
3）Iterator仅用于遍历集合，Iterator本身并不存放对象。

📒认识Iterator

??类结构图

在这里插入图片描述
通过观察类结构图的继承关系我们发现，集合的顶层接口Collection继承Iterable接口。

??Iterable接口

public interface Iterable<T> {
    /**
     * Returns an iterator over elements of type {@code T}.
     *
     * @return an Iterator.
     */
    Iterator<T> iterator();
}

在Iterable接口中有一个Iterator方法，它返回一个Itertator对象。

🖍?Iterator接口

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    
    E next();
    
    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }
}

📃Iterator接口的方法

返回值类型	方法名	功能
boolean	hasNext()	判断集合是否还有元素，如果返回 true 表示集合还有元素，返回 false 表示集合中没有元素；一般对集合的访问通过 while(hasNext()) 判断是否还需要遍历。
E	next()	获取集合中遍历的当前元素；一般先调用 hasNext() 方法判断是否存在元素，再调用 next() 获取元素，需要进行循环交替遍历集合中的元素。
void	remove	删除集合中的元素。

📙迭代器的使用

🏷?使用迭代器遍历集合

我们用ArrayList集合存放一些整型数据做示例，然后将其集合中的元素一一遍历打印输出。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(111);
        list.add(222);
        list.add(333);

        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            int value = iterator.next();
            System.out.print(value + " ");
        }
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述
观察运行结果我们发现，通过迭代器我们将ArrayList集合中的元素一一打印了出来。

🔖Itertor的执行原理

在上述的示例中，迭代器是如何实现对集合的遍历呢？

?图示执行过程

在这里插入图片描述

?执行过程详解

①首先得到一个集合的迭代器Iterator iterator = list.iterator();
②进入while循环，调用hasNext()判断是否有下一个元素，返回true，Iterator.next()移动一个位置，将该位置的元素111返回。
③再次进入while循环，调用hasNext()判断是否有下一个元素，返回true，Iterator.next()移动一个位置，将该位置222的元素返回。
④再次进入while循环，调用hasNext()判断是否有下一个元素，返回true，Iterator.next()移动一个位置，将该位置333的元素返回。
⑤再次进入while循环，调用hasNext()判断是否有下一个元素，返回false，循环结束。

在迭代器的遍历过程中先通过hastNext()方法判断是否有下一个元素，如果存在下一个元素再调用next()方法获取元素，在这里next()方法先往后移动一个元素位置，再返回该位置的元素。因此，在调用next()方法之前必须要调用hastNext()方法进行检测；如果没有调用并且没有下一个元素，直接调用next()方法会抛出 NoSuchElementException异常。

🃏生成迭代器的快捷键

一开始使用迭代器可能会觉得麻烦，但是如果用的Idea编译器是有快捷键的，输入itit再回车就会直接生成。
在这里插入图片描述

📕迭代器中的remove()

?迭代器的remove()方法使用

在Iterator接口中除了hasNext()和next()方法外，还有一个remove()方法，即删除集合中的元素。

如删除上述示例集合中的元素111

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
@SuppressWarnings({"all"})
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(111);
        list.add(222);
        list.add(333);

        System.out.println("删除前:" + list);
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer value =  iterator.next();
            if(value == 111) iterator.remove();
        }
        System.out.println("删除后" + list);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

??迭代器遍历中调用集合revome()方法触发异常

在Java集合中，以集合ArrayList为例，在使用中可能会遇到删除的需求场景，此时如果代码书写不当，极有可能会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常信息。
在上述示例中用Iterator调用了迭代器remove()方法，如果在使用中不小心调用了集合中的remove()方法会发生什么？

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
@SuppressWarnings({"all"})
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(111);
        list.add(222);
        list.add(333);

        System.out.println("删除前:" + list);
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer value =  iterator.next();
            if(value == 111) list.remove(Integer.valueOf(111));
        }
        System.out.println("删除后" + list);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述
运行结果中抛出java.util.ConcurrentModificationException异常信息。这是因为触发了集合中并发修改的异常接下来我们通过源码对抛出异常的原因进行剖析。

    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

在ArrayList集合的Iterator方法中，是通过返回Itr对象来获得迭代器的。Itr是ArrayList的一个内部类，它实现了Iterator接口，代码如下：

   private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        Itr() {}

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

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                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();
            checkForComodification();

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

Itr类属性

属性	含义
cursor	索引下标，表示下一个可以访问的元素的索引，默认值为 0
lastRet	索引下标，表示上一个元素的索引，默认值为 -1
expectedModCount	对集合修改的版本号，初始值为ModCount

ModCount定义在AbstractList接口中，初始值为0，定义如下：

 protected transient int modCount = 0;

ModCount是版本号，在对集合进行变更操作（增加、删除、修改等）的时候会对版本号进行 +1 操作。

结合上述代码进行抛出java.util.ConcurrentModificationException异常的解释。
①初始化ArrayList，添加三次元素，即三次调用add()方法，进行三次modCount++; 此时， $\color{red}{modCount = 3，size = 3；}$
②初始化Iterator迭代器进行循环，此时， $\color{red}{expectedModCount = modCount=3，}$ $\color{red}{cursor=0，lastRet = -1}$
③进行hasNext判断，cursor != size;成立，进入循环
④调用next()方法，首先进行checkForComodification()校验， $\color{red}{modCount == expectedModCount}$ ，校验通过，返回值，此时 $\color{red}{lastRet = 0;cursor = 1}$

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

⑤调用集合remove()方法，modCount++；，此时 $\color{red}{modCount = 4;size = 2}$
⑥再次调用hasNext()方法判断，cursor != size;成立，进入循环
⑦调用next()方法进行校验， $\color{red}{modCount != expectedModCount}$ ，校验未通过，抛出java.util.ConcurrentModificationException异常

总结：

①在使用迭代器的remove()操作时，会将更新后的modCount给expectedModCount，两者会得到同步，但是在调用集合的remove()方法后，两个不会进行同步，进而导致在checkForComodification()校验时不通过，抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
②所以，在单线程下使用迭代器是没有问题的，但是在多线程下同时操作集合就不允许了，可以通过fail-fast快速失败机制，快速判断是否存在同时操作问题。因此，集合在多线程下使用是不安全的。

📗增强for循环

📫认识增强for循环

增强for循环可以代替Iterator迭代器，可以把它看做简化版的Iterator，和迭代器本质一样，其实它的底层实现就是Iterator迭代器，只能用于遍历集合或数组。

📪基本语法

在这里插入图片描述

📬增强for循环的使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class TestDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(111);
        list.add(222);
        list.add(333);

        System.out.println("====增强for循环遍历集合====");
        for(Integer i : list) {
            System.out.print(i + " ");
        }
        System.out.println();

        System.out.println("====增强for循环遍历数组====");
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
        for (int i : arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }

    }
}