Java集合框架中迭代器Iterator解析

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。

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http://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。

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