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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：

1. 暴露了聚合类的内部表示，使其数据不安全；
2. 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

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

1. 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
2. 遍历任务交由迭代器完成，这简化了聚合类。
3. 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。
4. 增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。
5. 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

1. 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
2. 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
3. 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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