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

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

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：

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

⌛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。

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：

☃️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：

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

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， m o d C o u n t = 3 ， s i z e = 3 ； \\color{red}{modCount = 3，size = 3；} modCount=3，size=3；
②初始化Iterator迭代器进行循环，此时， e x p e c t e d M o d C o u n t = m o d C o u n t = 3 ， \\color{red}{expectedModCount = modCount=3，} expectedModCount=modCount=3， c u r s o r = 0 ， l a s t R e t = − 1 \\color{red}{cursor=0，lastRet = -1} 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， m o d C o u n t = = e x p e c t e d M o d C o u n t \\color{red}{modCount == expectedModCount} modCount==expectedModCount，校验通过，返回值，此时 l a s t R e t = 0 ; c u r s o r = 1 \\color{red}{lastRet = 0;cursor = 1} lastRet=0;cursor=1

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

⑤调用集合remove()方法，modCount++；，此时 m o d C o u n t = 4 ; s i z e = 2 \\color{red}{modCount = 4;size = 2} 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， m o d C o u n t ! = e x p e c t e d M o d C o u n t \\color{red}{modCount != expectedModCount} 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

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 + \" \");
        }

    }
}

运行结果：

增强for循环的快捷键

与迭代器一样，增强for循环也有快捷键，输入I回车即可快速生成。