Java源碼分析：深入探討Iterator模式

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Java源碼分析：深入探討Iterator模式

兄弟連

java.util包中包含了一系列重要的集合類。本文將從分析源碼入手，深入研究一個集合類的內部結構，以及遍曆集合的迭代模式的源碼實現內幕。

 

　　下面我們先簡單討論一個根介面Collection，然後分析一個抽象類別AbstractList和它的對應Iterator介面，並仔細研究迭代子模式的實現原理。

 

　　本文討論的原始碼版本是JDK 1.4.2，因為JDK 1.5在java.util中使用了很多泛型代碼，為了簡化問題，所以我們還是討論1.4版本的代碼。

 

　　集合類的根介面Collection

 

Collection介面是所有集合類的根類型。它的一個主要的介面方法是：

 

boolean add(Object c)

 

add()方法將添加一個新元素。注意這個方法會返回一個boolean，但是傳回值不是表示添加成功與否。仔細閱讀doc可以看到，Collection規定：如果一個集合拒絕添加這個元素，無論任何原因，都必須拋出異常。這個傳回值表示的意義是add()方法執行後，集合的內容是否改變了（就是元素有無數量，位置等變化），這是由具體類實現的。即：如果方法出錯，總會拋出異常；傳回值僅僅表示該方法執行後這個Collection的內容有無變化。

 

　　類似的還有：

 

boolean addAll(Collection c);

boolean remove(Object o);

boolean removeAll(Collection c);

boolean remainAll(Collection c);

 

Object[] toArray()方法很簡單，把集合轉換成數組返回。Object[] toArray(Object[] a)方法就有點複雜了，首先，返回的Object[]仍然是把集合的所有元素變成的數組，但是類型和參數a的類型是相同的，比如執行：

 

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

 

　　得到的o實際類型是String[]。

 

　　其次，如果參數a的大小裝不下集合的所有元素，返回的將是一個新的數組。如果參數a的大小能裝下集合的所有元素，則返回的還是a，但a的內容用集合的元素來填充。尤其要注意的是，如果a的大小比集合元素的個數還多，a後面的部分全部被置為null。

 

　　最後一個最重要的方法是iterator()，返回一個Iterator（迭代子），用於遍曆集合的所有元素。

 

　　用Iterator模式實現遍曆集合

Iterator模式是用於遍曆集合類的標準存取方法。它可以把訪問邏輯從不同類型的集合類中抽象出來，從而避免向用戶端暴露集合的內部結構。

 

　　例如，如果沒有使用Iterator，遍曆一個數組的方法是使用索引：

 

for(int i=0; i

　　而訪問一個鏈表（LinkedList）又必須使用while迴圈：

 

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

 

　　以上兩種方法用戶端都必須事Crowdsourced Security Testing道集合的內部結構，存取碼和集合本身是緊耦合，無法將訪問邏輯從集合類和用戶端代碼中分離出來，每一種集合對應一種遍曆方法，用戶端代碼無法複用。

 

　　更恐怖的是，如果以後需要把ArrayList更換為LinkedList，則原來的用戶端代碼必須全部重寫。

 

　　為解決以上問題，Iterator模式總是用同一種邏輯來遍曆集合：

 

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

 

　　奧秘在於用戶端自身不維護遍曆集合的"指標"，所有的內部狀態（如當前元素位置，是否有下一個元素）都由Iterator來維護，而這個Iterator由集合類通過Factory 方法產生，因此，它知道如何遍曆整個集合。

 

　　用戶端從不直接和集合類打交道，它總是控制Iterator，向它發送"向前"，"向後"，"取當前元素"的命令，就可以間接遍曆整個集合。

 

　　首先看看java.util.Iterator介面的定義：

 

public interface Iterator {

boolean hasNext();

Object next();

void remove();

}

 

　　依賴前兩個方法就能完成遍曆，典型的代碼如下：

 

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

Object o = it.next();

// 對o的操作...

}

 

　　在JDK1.5中，還對上面的代碼在文法上作了簡化：

 

// Type是具體的類型，如String。

for(Type t : c) {

// 對t的操作...

}

 

 

　　每一種集合類返回的Iterator具體類型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它們都實現了Iterator介面，因此，用戶端不關心到底是哪種Iterator，它只需要獲得這個Iterator介面即可，這就是物件導向的威力。

Iterator源碼剖析

 

　　讓我們來看看AbstracyList如何建立Iterator。首先AbstractList定義了一個內部類（inner class）：

 

private class Itr implements Iterator {

...

}

 

　　而iterator()方法的定義是：

 

public Iterator iterator() {

return new Itr();

}

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