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Java源码分析:深入探讨Iterator模式

疯狂的小黑
 疯狂的小黑
发布于 2016/10/31 11:38
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Java源码分析:深入探讨Iterator模式

作者:兄弟连 www.itxdl.cn

 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();

  }

© 著作权归作者所有

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