Java 8 容器源码-ArrayList与迭代器模式

作者:潘威威
出处:https://blog.csdn.net/panweiwei1994


迭代器模式(Iterator Pattern):提供一种方法来访问聚合对象中的各个元素,而不用暴露这个对象的内部表示。在Java中,ArrayList的迭代器有两种:Iterator和ListIterator。

Iterator

迭代器是一个用来遍历并选择序列中的对象。Java的Iterator的只能单向移动

例子

在写如何实现之前,先看一个使用迭代器Iterator的小例子:

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.List;

    public class Test {

        @org.junit.Test
        public void test() {
            List list = new ArrayList<>();
            list.add("1");
            list.add("2");
            list.add("3");
            list.add("4");
            Iterator iterator = list.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                String str = (String) iterator.next();
                System.out.println(str);
                iterator.remove();
            }
            System.out.println(list.size());
        }
    }

运行结果

    1
    2
    3
    4
    0

方法

  • iterator(),list.iterator()用来从容器对象中返回一个指向list开始处的迭代器。
  • next(),获取序列中的下个元素。
  • hasNext(),检查序列中向下是否还有元素。
  • remove(),将迭代器最近返回的一个元素删除。这也意味着调用remove()前需要先调用next()。

实现

设计模式(16)-迭代器模式这一文章中曾讲过,迭代器模式中有四个角色:

  • 抽象聚合类Aggregate。在ArrayList的Iterator迭代器实现中,没有抽象聚合类。虽然它实现了AbstractList,实现了List,但它向外部提供的创建迭代器的方法iterator()是它自己的。
  • 具体聚合类ConcreteAggregate。在ArrayList的Iterator迭代器实现中,指的是ArrayList。
  • 抽象迭代器Iterator。在ArrayList的Iterator迭代器实现中,指的是Iterator接口。
  • 具体迭代器ConcreteIterator。在ArrayList中的Iterator迭代器实现中,指的是Itr。

ArrayList代码片段

    public class ArrayList<E>
    {
        /**
         * 保存添加到ArrayList中的元素。
         * ArrayList的容量就是该数组的长度。
         * 该值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时,当第一次添加元素进入ArrayList中时,数组将扩容值DEFAULT_CAPACITY。
         * 被标记为transient,在对象被序列化的时候不会被序列化。
         */
        transient Object[] elementData;

        // ArrayList的实际大小(数组包含的元素个数)。
        private int size;

        /**
         * 返回一个用来遍历ArrayList元素的Iterator迭代器
         */
        public Iterator<E> iterator() {
            return new Itr();
        }

        /**
         * AbstractList.Itr的最优化的版本
         */
        private class Itr implements Iterator<E> {
            int cursor;       // 下一个要返回的元素的索引
            int lastRet = -1; // 最近的被返回的元素的索引; 如果没有返回-1。
            int expectedModCount = modCount;
            /**
             * 判断是否有下一个元素
            */
            public boolean hasNext() {
                //如果下一个要返回的元素的索引不等于ArrayList的实际大小,则返回false
                return cursor != size;
            }

            /**
             * 返回下一个元素
             */
            @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];
            }
            /**
             * 删除最近的一个被返回的元素
             */
            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();
            }
        }
    }

Iterator

    import java.util.function.Consumer;

    public interface Iterator<E> {

        boolean hasNext();

        E next();

        default void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException("remove");
        }

        default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            while (hasNext())
                action.accept(next());
        }
    }

Itr.java

作为ArrayList的内部类。请在上文中的[ArrayList.java代码片段]中查看。

ListIterator

ListIterator是一个更加强大的Iterator的子类型。它只能用于各种List类的访问。它最大的优点是可以双向移动。它还可以产生相对于迭代器在列表中指向的当前位置的前一个和后一个元素的索引,并且可以使用set()方法替换它访问过的最后一个元素。

例子

在写如何实现之前,先看一个使用列表迭代器ListIterator的小例子:

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.ListIterator;

    public class Test {

        @org.junit.Test
        public void test() {
            List list = new ArrayList<>();
            list.add("0");
            list.add("1");
            list.add("2");
            list.add("3");
            ListIterator iterator = list.listIterator();
            System.out.println("--------------------向下遍历--------------------");
            while (iterator.hasNext()) {
                int nextIndex = iterator.nextIndex();
                String next = (String) iterator.next();
                //int previousIndex = iterator.previousIndex();
                System.out.println("当前元素:"+next+",当前元素索引:"+nextIndex/*+",前一个元素的索引"+previousIndex*/);
            }
            System.out.println("--------------------向上遍历--------------------");
            while (iterator.hasPrevious()) {
                int previousIndex = iterator.previousIndex();
                String previous = (String) iterator.previous();
                System.out.println("当前元素:"+previous+",当前元素索引:"+previousIndex);
            }
            System.out.println("-----------测试set()和listIterator(n)----------");
            System.out.println(list);
            iterator = list.listIterator(3);
            while(iterator.hasNext()){
                iterator.next();
                iterator.set("5");
            }
            System.out.println(list);
        }
    }

运行结果

    -------向下遍历-------
    当前元素:0,当前元素索引:0
    当前元素:1,当前元素索引:1
    当前元素:2,当前元素索引:2
    当前元素:3,当前元素索引:3
    -------向上遍历-------
    当前元素:3,当前元素索引:3
    当前元素:2,当前元素索引:2
    当前元素:1,当前元素索引:1
    当前元素:0,当前元素索引:0
    -------测试set()和listIterator(n)-------
    [0, 1, 2, 3]
    [0, 1, 2, 5]

方法

  • listIterator(),list.iterator()用来从容器对象中返回一个指向list开始处的迭代器。
  • listIterator(n),list.iterator()用来从容器对象中返回一个指向列表索引为n的迭代器。
  • next(),获取序列中的下个元素,运行后索引+1。
  • previous(),获取序列中的上个元素,运行后索引-1。
  • nextIndex,获取序列中的下个元素的索引。
  • previousIndex,获取序列中的下个元素的索引。
  • hasNext(),检查序列中向下是否还有元素。
  • hasPrevious(),检查序列中向上是否还有元素。
  • remove(),从列表中删除next()或previous()返回的最后一个元素。这也意味着调用remove()前需要先调用next()或者previous()。
  • add(E e): 将指定的元素插入列表,插入位置为迭代器当前位置之前。
  • set(E e):从列表中将next()或previous()返回的最后一个元素返回的最后一个元素更改为指定元素e。

实现

设计模式(16)-迭代器模式这一文章中曾讲过,迭代器模式中有四个角色:

  • 抽象聚合类Aggregate。在ArrayList的ListIterator迭代器实现中,没有抽象聚合类。虽然它实现了AbstractList,实现了List,但它向外部提供的创建迭代器的方法listIterator()是它自己的。
  • 具体聚合类ConcreteAggregate。在ArrayList的ListIterator迭代器实现中,指的是ArrayList。
  • 抽象迭代器Iterator。在ArrayList的ListIterator迭代器实现中,指的是ListIterator。
  • 具体迭代器ConcreteIterator。在ArrayList中的ListIterator迭代器实现中,指的是ListItr。

ArrayList代码片段

    public class ArrayList<E>
    {
        /**
         * 保存添加到ArrayList中的元素。
         * ArrayList的容量就是该数组的长度。
         * 该值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时,当第一次添加元素进入ArrayList中时,数组将扩容值DEFAULT_CAPACITY。
         * 被标记为transient,在对象被序列化的时候不会被序列化。
         */
        transient Object[] elementData;

        // ArrayList的实际大小(数组包含的元素个数)。
        private int size;

        /**
         * 返回一个一开始就指向列表索引为index的元素处的ListIterator
         *
         * @throws IndexOutOfBoundsException
         */
        public ListIterator<E> listIterator(int index) {
            if (index < 0 || index > size)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
            return new ListItr(index);
        }

        /**
         * 返回一个一开始就指向列表索引为0的元素处的ListIterator
         *
         * @see #listIterator(int)
         */
        public ListIterator<E> listIterator() {
            return new ListItr(0);
        }

        /**
         * AbstractList.ListItr的最优化版本
         */
        private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
            //用来从list中返回一个指向list索引为index的元素处的迭代器
            ListItr(int index) {
                super();
                cursor = index;
            }

            //获取list中的上个元素
            public boolean hasPrevious() {
                return cursor != 0;
            }

            //获取list中的下个元素的索引
            public int nextIndex() {
                return cursor;
            }

            //获取list中的上个元素的索引
            public int previousIndex() {
                return cursor - 1;
            }

            //获取list中的上个元素
            @SuppressWarnings("unchecked")
            public E previous() {
                checkForComodification();
                int i = cursor - 1;
                if (i < 0)
                    throw new NoSuchElementException();
                Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                if (i >= elementData.length)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                cursor = i;
                return (E) elementData[lastRet = i];
            }

            //从列表中将next()或previous()返回的最后一个元素返回的最后一个元素更改为指定元素e
            public void set(E e) {
                if (lastRet < 0)
                    throw new IllegalStateException();
                checkForComodification();

                try {
                    ArrayList.this.set(lastRet, e);
                } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                    throw new ConcurrentModificationException();
                }
            }

            //将指定的元素插入列表,插入位置为迭代器当前位置之前。
            public void add(E e) {
                checkForComodification();

                try {
                    int i = cursor;
                    ArrayList.this.add(i, e);
                    cursor = i + 1;
                    lastRet = -1;
                    expectedModCount = modCount;
                } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                    throw new ConcurrentModificationException();
                }
            }
        }
    }

Iterator

    import java.util.function.Consumer;

    public interface Iterator<E> {

        boolean hasNext();

        E next();

        default void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException("remove");
        }

        default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            while (hasNext())
                action.accept(next());
        }
    }

ListItr.java

作为ArrayList的内部类。请在上文中的[ArrayList.java代码片段]中查看。

总结

什么是fail-fast?

细心地朋友看文章或源码时一定会发现在iterator()和listIterator()的注释中都有一句话:返回的迭代器是fail-fast的。什么是fail-fast?

详情请移步fail-fast详解

好了,关于迭代器模式与ArrayList就写到这里。有什么需要补充的欢迎在下方留言^^。

赞(0) 打赏

如未加特殊说明,此网站文章均为原创,转载必须注明出处。Java 技术驿站 » Java 8 容器源码-ArrayList与迭代器模式
分享到: 更多 (0)

评论 抢沙发

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址

Java 技术驿站 | 致力打造 Java 精品博客

联系作者优质文章

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏