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前言
- 23种设计模式速记
- 单例（singleton）模式
- 工厂方法（factory method）模式
- 抽象工厂（abstract factory）模式
- 建造者/构建器（builder）模式
- 原型（prototype）模式
- 享元（flyweight）模式
- 外观（facade）模式
- 适配器（adapter）模式
- 装饰（decorator）模式
- 观察者（observer）模式
- 策略（strategy）模式
- 桥接（bridge）模式
- 模版方法（template method）模式
- 责任链（chain of responsibility）模式
- 组合（composite）模式
- 代理（proxy）模式
- 备忘录（memento）模式
- 命令（command）模式
- 状态（state）模式
- 中介者（mediator）模式
- 持续更新中......
23种设计模式快速记忆的请看上面第一篇，本篇和大家一起来学习迭代器模式相关内容。
在现实生活以及程序设计中，经常要访问一个聚合对象中的各个元素，如“数据结构”中的链表遍历，通常的做法是将链表的创建和遍历都放在同一个类中，但这种方式不利于程序的扩展，如果要更换遍历方法就必须修改程序源代码，这违背了 “开闭原则”。
既然将遍历方法封装在聚合类中不可取，那么聚合类中不提供遍历方法，将遍历方法由用户自己实现是否可行呢？答案是同样不可取，因为这种方式会存在两个缺点：
- 暴露了聚合类的内部表示，使其数据不安全；
- 增加了客户的负担。
“迭代器模式”能较好地克服以上缺点，它在客户访问类与聚合类之间插入一个迭代器，这分离了聚合对象与其遍历行为，对客户也隐藏了其内部细节，且满足“单一职责原则”和“开闭原则”，如 Java 中的 Collection、List、Set、Map 等都包含了迭代器。
模式定义
提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。迭代器模式是一种对象行为型模式。
迭代器模式是通过将聚合对象的遍历行为分离出来，抽象成迭代器类来实现的，其目的是在不暴露聚合对象的内部结构的情况下，让外部代码透明地访问聚合的内部数据。
解决的问题
不同的方式来遍历整个整合对象。
模式组成
| 组成（角色） | 作用 |
|---|---|
| 抽象聚合（Aggregate）角色 | 定义存储、添加、删除聚合对象以及创建迭代器对象的接口。 |
| 具体聚合（ConcreteAggregate）角色 | 实现抽象聚合类，返回一个具体迭代器的实例。 |
| 抽象迭代器（Iterator）角色 | 定义访问和遍历聚合元素的接口，通常包含 hasNext()、first()、next() 等方法。 |
| 具体迭代器（Concretelterator）角色 | 实现抽象迭代器接口中所定义的方法，完成对聚合对象的遍历，记录遍历的当前位置。 |
使用步骤
步骤1：定义抽象迭代器角色。迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口，一般包括3个方法，即访问下一个元素next()，元素是否已经访问到底部hasNext()，以及删除当前指向的元素remove()。
interface Iterator {
Object first();
Object next();
boolean hasNext();
}
步骤2：定义具体迭代器角色。
class ConcreteIterator implements Iterator {
private List<Object> list = null;
private int index = -1;
public ConcreteIterator(List<Object> list) {
this.list = list;
}
public boolean hasNext() {
if (index < list.size() - 1) {
return true;
} else {
return false;
}
}
public Object first() {
index = 0;
Object obj = list.get(index);
;
return obj;
}
public Object next() {
Object obj = null;
if (this.hasNext()) {
obj = list.get(++index);
}
return obj;
}
}
步骤3：定义抽象聚合角色。
interface Aggregate {
public void add(Object obj);
public void remove(Object obj);
public Iterator getIterator();
}
步骤4：定义具体聚合角色。
class ConcreteAggregate implements Aggregate {
private List<Object> list = new ArrayList<Object>();
public void add(Object obj) {
list.add(obj);
}
public void remove(Object obj) {
list.remove(obj);
}
public Iterator getIterator() {
return (new ConcreteIterator(list));
}
}
步骤5：测试
聚合的内容有：北京 上海 深圳
First：北京
优点
- 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
- 遍历任务交由迭代器完成，这简化了聚合类。
- 它支持以不同方式遍历一个聚合，甚至可以自定义迭代器的子类以支持新的遍历。
- 增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。
- 封装性良好，为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。
缺点
增加了类的个数，这在一定程度上增加了系统的复杂性。
应用场景
- 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
- 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
- 当访问一个聚合对象的内容而无须暴露其内部细节的表示时。
由于聚合与迭代器的关系非常密切，所以大多数语言在实现聚合类时都提供了迭代器类，因此大数情况下使用语言中已有的聚合类的迭代器就已经够了。
模式的扩展
迭代器模式常常与组合模式结合起来使用，在对组合模式中的容器构件进行访问时，经常将迭代器潜藏在组合模式的容器构成类中。当然，也可以构造一个外部迭代器来对容器构件进行访问，其结构如下：
源码中的应用
Java 中的容器对象有很多，基本都涉及到迭代器，我们以 ArrayList 作为例子，剖析它是如何应用迭代器模式的。
Java集合框架：List, Set, Map 都支持迭代
ArrayList 源码可以发现：
- ArrayList 实现了 List 接口，使用 Object 数组存储元素；
- 在 List 接口中定义了 iterator() 以及很多对操作集合的方法；
- 在 ArrayList 中对 iterator() 进行了重写，并返回一个 Itr 对象；
- Itr 是 ArrayList 的内部类，并且实现了 Iterator 接口。
部分源码展示
List接口
public interface List<E> extends Collection<E> {
Iterator<E> iterator();
}
Iterator接口
public interface Iterator<E> {
boolean hasNext();
E next();
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
}
ArrayList类和Itr类
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
//Itr内部类
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;
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();
}
}
@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;
checkForComodification();
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
PS：以上代码提交在 Github ：https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git
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