设计模式学习(18) 23-16 迭代器模式

0.个人感悟

• 迭代器我们并不陌生，java集合操作我们经常使用，只是有for-each、lambda语法糖后我们很少直接使用迭代器，从而忽略其中的原理和思想
• 迭代器模式很能体现解耦的一些思路:职责分离，聚合的数据和迭代操作分离;面向接口，聚合、迭代器都定义成接口；封装，只关注统一访问，不关注内部实现
• java集合是经典的设计，大家感兴趣可以了解下。我也计划后面专门总结jdk代码实现

1. 概念

英文定义(《设计模式：可复用面向对象软件的基础》)

Provide a way to access the elements of an aggregate object sequentially without exposing its underlying representation.

中文翻译

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。

理解

• 分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器来负责遍历
• 简化了聚合对象的接口，客户端只需要知道迭代器接口
• 可以在不修改聚合对象的前提下，增加新的遍历方式
• 为不同的聚合结构提供统一的遍历接口

2. 适配场景

2.1 适合的场景

1. 遍历复杂数据结构：需要遍历复杂聚合对象，且不希望暴露其内部结构
2. 统一遍历接口：为不同的聚合结构提供统一的遍历方式
3. 支持多种遍历方式：聚合对象需要支持多种遍历方式（正序、逆序、按条件过滤等）

2.2 常见场景举例

1. Java集合框架：List、Set、Map等集合的迭代器
2. 数据库查询结果集：遍历数据库查询返回的多条记录
3. 文件系统遍历：遍历目录树中的文件
4. 社交网络关系遍历：遍历用户的好友、关注者等关系
5. 菜单系统：遍历餐厅菜单中的菜品项
6. XML/JSON解析：遍历解析树中的节点

3. 实现方法

3.1 实现思路

1. 定义迭代器接口：声明遍历集合元素所需的方法，如hasNext()、next()等
2. 实现具体迭代器：为特定聚合对象实现具体的迭代器，管理遍历过程中的当前位置
3. 定义聚合接口：声明创建迭代器对象的方法，通常为iterator()或createIterator()
4. 实现具体聚合类：实现聚合接口，返回与自身对应的具体迭代器实例，通常持有集合
5. 客户端使用迭代器：客户端通过迭代器接口遍历聚合对象，不直接操作聚合内部结构

3.2 UML类图

角色说明：

• Iterator（迭代器接口）：定义访问和遍历元素的接口
• ConcreteIterator（具体迭代器）：实现迭代器接口，记录遍历中的当前位置
• Aggregate（聚合接口）：定义创建迭代器对象的接口
• ConcreteAggregate（具体聚合）：实现聚合接口，返回具体迭代器的实例

3.3 代码示例

珠玉在前，就来看看ArraayList的相关实现

3.3.1 类图

跟踪代码，不然发现，类图:

3.3.2 代码跟踪

迭代器接口: 定义了标准的迭代器操作

publicinterfaceIterator<E>{booleanhasNext();Enext();defaultvoidremove(){thrownewUnsupportedOperationException("remove");}}

聚合接口:

publicinterfaceIterable<T>{Iterator<T>iterator();}

具体聚合和具体迭代器：ArrayList:实现，我们知道它的底层是Object[]； 具体迭代器是一个内部类Itr 。简化版代码如下

publicclassArrayList<E>implementsIterable<E>{// object数组privateObject[]elementData;privateintsize;// ... ArrayList的其他方法// 实现Iterable接口，返回迭代器@OverridepublicIterator<E>iterator(){returnnewItr();}// 具体迭代器（内部类）privateclassItrimplementsIterator<E>{intcursor;// 下一个元素的索引intlastRet=-1;// 上一个返回元素的索引Itr(){}@OverridepublicbooleanhasNext(){returncursor!=size;}@SuppressWarnings("unchecked")@OverridepublicEnext(){if(cursor>=size)thrownewNoSuchElementException();Object[]elementData=ArrayList.this.elementData;EnextElement=(E)elementData[cursor];lastRet=cursor;cursor++;returnnextElement;}@Overridepublicvoidremove(){if(lastRet<0)thrownewIllegalStateException();ArrayList.this.remove(lastRet);cursor=lastRet;lastRet=-1;}}}

客户端使用:

publicclassClient{staticvoidmain(){// mainList<String>list=newArrayList<>();list.add("1");list.add("2");list.add("3");Iterator<String>iterator=list.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}}

4. 优缺点

4.1 优点

1. 符合单一职责原则：将遍历行为从聚合对象中分离，使聚合对象只关注数据存储
2. 符合开闭原则：可以增加新的聚合类和迭代器类而无需修改现有代码
3. 支持并行遍历：可以在同一个聚合对象上同时进行多个遍历
4. 简化客户端代码：客户端使用统一的接口遍历不同的聚合结构
5. 提高复用性：迭代器可以在多个地方复用，不需要重复编写遍历代码

4.2 缺点

1. 增加系统复杂性：对于简单集合，直接遍历可能更简单
2. 可能降低性能：迭代器需要维护遍历状态，比直接索引访问稍慢
3. 访问限制：迭代器通常只提供顺序访问，不支持随机访问
4. 并发修改问题：在迭代过程中修改集合可能导致异常

参考：

• 韩顺平 Java设计模式
• 五月的仓颉 Java设计模式8：迭代器模式
• kosamino 设计模式之迭代器模式（Iterator）详解及代码示例