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| 1 | +== 迭代器 Iterator、Spliterator 与 Iterable |
| 2 | + |
| 3 | +=== 涉及代码 |
| 4 | + |
| 5 | +. `java.util.Iterator` |
| 6 | +. `java.util.PrimitiveIterator` |
| 7 | +. `java.util.ListIterator` |
| 8 | +. `java.util.Spliterator` |
| 9 | +. `java.util.Enumeration` |
| 10 | +. `java.lang.Iterable` |
| 11 | + |
| 12 | +=== 迭代器模式 |
| 13 | + |
| 14 | +在进行代码分析之前,D瓜哥想先来讲解一下设计模式。然后结合 Java 中 `Iterator` 和 `Iteratable` ,具体分析一下迭代器在 Java 中的实现。 |
| 15 | + |
| 16 | +// 另外,重点看看内迭代器和外迭代器之间的不同实现。 |
| 17 | + |
| 18 | +[quote, Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson、John Vlissides,《设计模式》] |
| 19 | +____ |
| 20 | +迭代器模式(Iterator):: |
| 21 | +提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素,而不是暴露该对象的内部表示。 |
| 22 | +____ |
| 23 | + |
| 24 | +类图如下: |
| 25 | + |
| 26 | +[plantuml, iterator-class-diagram, format=svg,align="center",width=100%] |
| 27 | +.... |
| 28 | +@startuml |
| 29 | +'skinparam nodesep 70 |
| 30 | +
|
| 31 | +title <b>迭代器模式</b> |
| 32 | +
|
| 33 | +abstract class Iterator { |
| 34 | ++ {abstract} first() :Object |
| 35 | ++ {abstract} next() :Object |
| 36 | ++ {abstract} isDone() :boolean |
| 37 | ++ {abstract} currentItem() :Object |
| 38 | +} |
| 39 | +note top: 迭代抽象类,用于定义得到开始对象、\n得到下一个对象、判断是否到结尾、\n当前对象等抽象方法,统一接口。 |
| 40 | +
|
| 41 | +class ConcreteIterator { |
| 42 | +} |
| 43 | +note bottom: 具体迭代器类,继承 Iterator,\n实现开始、下一个、是否结尾、\n当前对象等方法。 |
| 44 | +
|
| 45 | +abstract class Aggregate { |
| 46 | ++ {abstract} createIterator() :Iterator |
| 47 | +} |
| 48 | +note top: 聚集抽象类 |
| 49 | +
|
| 50 | +class ConcreteAggregate { |
| 51 | ++ createIterator() :Iterator |
| 52 | +} |
| 53 | +note bottom: 具体聚集类,继承 Aggregate。 |
| 54 | +
|
| 55 | +class Client { |
| 56 | +} |
| 57 | +
|
| 58 | +Client -left-> Aggregate |
| 59 | +Client -right-> Iterator |
| 60 | +
|
| 61 | +Aggregate <|-- ConcreteAggregate |
| 62 | +Iterator <|-- ConcreteIterator |
| 63 | +
|
| 64 | +ConcreteIterator -left-> ConcreteAggregate |
| 65 | +ConcreteIterator <.. ConcreteAggregate |
| 66 | +
|
| 67 | +@enduml |
| 68 | +.... |
| 69 | + |
| 70 | + |
| 71 | +当需要访问一个聚集对象,而且不管这些对象是什么都需要遍历的时候,就应该考虑用迭代器模式。 |
| 72 | + |
| 73 | +当需要对聚集有多种方式遍历时,可以考虑用迭代器模式。 |
| 74 | + |
| 75 | +为遍历不同的聚集结构提供如开始、下一个、是否结束、当前哪一项等统一的接口。 |
| 76 | + |
| 77 | +//像IEnumerable接口也是为迭代器模式而准备的。不管如何,学习一下GoF的迭代器模式的基本结构,还是很有学习价值的。研究历史是为了更好地迎接未来。 |
| 78 | + |
| 79 | +尽管我们不需要显式的引用迭代器,但系统本身还是通过迭代器来实现遍历的。总地来说,迭代器(`Iterator`)模式就是分离了集合对象的遍历行为,抽象出一个迭代器类来负责,这样既可以做到不暴露集合的内部结构,又可让外部代码透明地访问集合内部的数据。 |
| 80 | + |
| 81 | +请问: Java 中是如何应用迭代器模式呢? |
| 82 | + |
| 83 | +=== `Iterator` |
| 84 | + |
| 85 | +从上面的设计模式可以看出,迭代器模式就是为了遍历不同的聚集结构提供诸如开始、下一个、是否结束、当前元素等常见操作的统一接口。来看看 Java 集合类是如何提炼接口的。 |
| 86 | + |
| 87 | +.java.util.Iterator |
| 88 | +[source,java] |
| 89 | +---- |
| 90 | +public interface Iterator<E> { |
| 91 | +
|
| 92 | + boolean hasNext(); |
| 93 | +
|
| 94 | + E next(); |
| 95 | +
|
| 96 | + default void remove() { |
| 97 | + throw new UnsupportedOperationException("remove"); |
| 98 | + } |
| 99 | +
|
| 100 | + /** |
| 101 | + * @since 1.8 |
| 102 | + */ |
| 103 | + default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) { |
| 104 | + Objects.requireNonNull(action); |
| 105 | + while (hasNext()) |
| 106 | + action.accept(next()); |
| 107 | + } |
| 108 | +} |
| 109 | +---- |
| 110 | + |
| 111 | +从上述代码中,可以看出 Java 提取了 `boolean hasNext()`、 `E next()`、 `void remove()` 等三个操作方法;在 Java 8 中,为了支持 Stream API,有增加了 `void forEachRemaining(Consumer<? super E> action)` 方法。 |
| 112 | + |
| 113 | +这里多扯一句,Java 在 1.2 以前迭代器是通过另外一个接口实现的: |
| 114 | + |
| 115 | +.java.util.Enumeration |
| 116 | +[source,java] |
| 117 | +---- |
| 118 | +public interface Enumeration<E> { |
| 119 | +
|
| 120 | + boolean hasMoreElements(); |
| 121 | +
|
| 122 | + E nextElement(); |
| 123 | +} |
| 124 | +---- |
| 125 | + |
| 126 | +与上面的 `java.util.Iterator` 对比可以看出,两者差别不大。那为什么 Java 在已有 `java.util.Iterator` 接口的情况下,还要推出 `java.util.Enumeration` 接口呢?在 `java.util.Iterator` 接口的 JavaDoc 中给出了如下理由: |
| 127 | + |
| 128 | +* Iterators allow the caller to remove elements from the underlying collection during the iteration with well-defined semantics. |
| 129 | +* Method names have been improved. |
| 130 | + |
| 131 | +我们都知道,在 Java 8 之前,接口中的方法不能有任何实现。所以,为了保持兼容性,不能在已有接口中增加方法。只能另起炉灶,把“洞”补上。这也就不难理解,为什么又搞出了个 `java.util.Iterator`。 |
| 132 | + |
| 133 | +这里再多提一句,需要增加自定义的迭代器实现时,请优先选择 `java.util.Iterator`。 |
| 134 | + |
| 135 | +请问:既然有迭代器接口定义了,那么 Java 又是如何生成迭代器实例呢? |
| 136 | + |
| 137 | +=== `Iterable` |
| 138 | + |
| 139 | +既然迭代器可以抽象成一个公共的接口,那么生成迭代器实例的这个操作,也可以抽象成一个接口。 Java 也确实是这样做的: |
| 140 | + |
| 141 | +.java.lang.Iterable |
| 142 | +[source,java] |
| 143 | +---- |
| 144 | +public interface Iterable<T> { |
| 145 | +
|
| 146 | + Iterator<T> iterator(); |
| 147 | +
|
| 148 | + /** |
| 149 | + * @since 1.8 |
| 150 | + */ |
| 151 | + default void forEach(Consumer<? super T> action) { |
| 152 | + Objects.requireNonNull(action); |
| 153 | + for (T t : this) { |
| 154 | + action.accept(t); |
| 155 | + } |
| 156 | + } |
| 157 | +
|
| 158 | + /** |
| 159 | + * @since 1.8 |
| 160 | + */ |
| 161 | + default Spliterator<T> spliterator() { |
| 162 | + return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0); |
| 163 | + } |
| 164 | +} |
| 165 | +---- |
| 166 | + |
| 167 | +从类的定义中,可以看到 `java.lang.Iterable` 提供了 `iterator()`,用于创建 `java.util.Iterator` 示例对象。 |
| 168 | + |
| 169 | +在 Java 8 中,为了支持 Lambda 表达式和 Stream API,又增加了 `forEach(Consumer<? super T> action)` 和 `spliterator()` 方法。 |
| 170 | + |
| 171 | +在思考实现原理的过程中,D瓜哥突然想到,`java.lang.Iterable` 就是一个工厂方法模式的应用。来分析一下: |
| 172 | + |
| 173 | +=== 工厂方法模式 |
| 174 | + |
| 175 | +先来看看工厂方法模式的定义: |
| 176 | + |
| 177 | +[quote, Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson、John Vlissides,《设计模式》] |
| 178 | +____ |
| 179 | +工厂方法模式(Factory Method):: |
| 180 | +定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。 |
| 181 | +____ |
| 182 | + |
| 183 | +类图如下: |
| 184 | + |
| 185 | +[plantuml, factory-method-class-diagram, format=svg,align="center",width=100%] |
| 186 | +.... |
| 187 | +@startuml |
| 188 | +title <b>工厂方法模式</b> |
| 189 | +
|
| 190 | +abstract class Product { |
| 191 | +} |
| 192 | +note top: 定义工厂方法所创建的对象的接口。 |
| 193 | +
|
| 194 | +class ConcreteProduct { |
| 195 | +} |
| 196 | +note bottom: 具体的产品,实现了 Product 接口。 |
| 197 | +
|
| 198 | +abstract class Factory { |
| 199 | + + {abstract} factoryMethod() :Product |
| 200 | +} |
| 201 | +note top: 声明工厂方法, 该方法返回一个 Product 类型的对象。 |
| 202 | +
|
| 203 | +class ConcreteFactory { |
| 204 | +} |
| 205 | +note bottom: 重定义工厂方法以返回一个 ConcreteProduct 实例。 |
| 206 | +
|
| 207 | +Product <|-- ConcreteProduct |
| 208 | +Factory <|-- ConcreteFactory |
| 209 | +ConcreteFactory -right-> ConcreteProduct |
| 210 | +
|
| 211 | +@enduml |
| 212 | +.... |
| 213 | + |
| 214 | +* `java.lang.Iterable` 就相当于 `Factory` 接口,也就是工厂; |
| 215 | +* `java.util.Iterator` 就相当于工厂生成的产品 `Product`; |
| 216 | +* `iterator()` 方法就是工厂方法 `factoryMethod()`; |
| 217 | +* `java.lang.Iterable` 和 `java.util.Iterator` 子类,都放在了各个集合类中来具体实现。 |
| 218 | + |
| 219 | +在各个聚集类中,去实现 `java.lang.Iterable` 接口,然后根据聚集类的情况,返回对应的 `java.util.Iterator` 具体类对象即可。 |
| 220 | + |
| 221 | +细心的童鞋,可能发现还有个类似迭代器的类 `Spliterator`。这是个什么类?为啥要增加相关的接口呢? |
| 222 | + |
| 223 | +=== `Spliterator` |
| 224 | + |
| 225 | + |
| 226 | + |
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