Java中Iterator(迭代器)的用法及其背后机制的探究

在Java中遍历List时会用到Java提供的Iterator，Iterator十分好用，原因是：

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。

　　Java中的Iterator功能比较简单，并且只能单向移动：

　　(1) 使用方法iterator()要求容器返回一个Iterator。第一次调用Iterator的next()方法时，它返回序列的第一个元素。注意：iterator()方法是java.lang.Iterable接口,被Collection继承。

　　(2) 使用next()获得序列中的下一个元素。

　　(3) 使用hasNext()检查序列中是否还有元素。

　　(4) 使用remove()将迭代器新返回的元素删除。

只要看看下面这个例子就一清二楚了：

import java.util.*;
public class Muster {

public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
Iterator it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String str = (String) it.next();
System.out.println(str);
}
}
}

运行结果：

a
b
c

可以看到，Iterator可以不用管底层数据具体是怎样存储的，都能够通过next()遍历整个List。

但是，具体是怎么实现的呢？背后机制究竟如何呢？

这里我们来看看Java里AbstractList实现Iterator的源代码：

1.public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> { // List接口实现了Collection<E>, Iterable<E>
2.
3.    protected AbstractList() {
4.    }
5.
6.    ...
7.
8.    public Iterator<E> iterator() {
9.    return new Itr();  // 这里返回一个迭代器
10.    }
11.
12.    private class Itr implements Iterator<E> {  // 内部类Itr实现迭代器
13.
14.    int cursor = 0;
15.    int lastRet = -1;
16.    int expectedModCount = modCount;
17.
18.    public boolean hasNext() {  // 实现hasNext方法
19.            return cursor != size();
20.    }
21.
22.    public E next() {  // 实现next方法
23.            checkForComodification();
24.        try {
25.        E next = get(cursor);
26.        lastRet = cursor++;
27.        return next;
28.        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
29.        checkForComodification();
30.        throw new NoSuchElementException();
31.        }
32.    }
33.
34.    public void remove() {  // 实现remove方法
35.        if (lastRet == -1)
36.        throw new IllegalStateException();
37.            checkForComodification();
38.
39.        try {
40.        AbstractList.this.remove(lastRet);
41.        if (lastRet < cursor)
42.            cursor--;
43.        lastRet = -1;
44.        expectedModCount = modCount;
45.        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
46.        throw new ConcurrentModificationException();
47.        }
48.    }
49.
50.    final void checkForComodification() {
51.        if (modCount != expectedModCount)
52.        throw new ConcurrentModificationException();
53.    }
54.    }
55.}

可以看到，实现next()是通过get(cursor)，然后cursor++，通过这样实现遍历。

这部分代码不难看懂，唯一难懂的是remove操作里涉及到的expectedModCount = modCount;

在网上查到说这是集合迭代中的一种“快速失败”机制，这种机制提供迭代过程中集合的安全性。

从源代码里可以看到增删操作都会使modCount++，通过和expectedModCount的对比，迭代器可以快速的知道迭代过程中是否存在list.add()类似的操作，存在的话快速失败!
在第一个例子基础上添加一条语句：

import java.util.*;
public class Muster {

public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
Iterator it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String str = (String) it.next();
System.out.println(str);
list.add("s");        //添加一个add方法
}
}
}

运行结果：

a
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
　　at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)
　　at java.util.ArrayList$Itr.next(Unknown Source)
　　at com.hasse.Muster.main(Muster.java:11)

这就会抛出一个下面的异常，迭代终止。

关于modCount，API解释如下：
The number of times this list has been structurally modified. Structural modifications are those that change the size of the list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in progress may yield incorrect results.

也就是说，modCount记录修改此列表的次数：包括改变列表的结构，改变列表的大小，打乱列表的顺序等使正在进行迭代产生错误的结果。
Tips:仅仅设置元素的值并不是结构的修改
我们知道的是ArrayList是线程不安全的，如果在使用迭代器的过程中有其他的线程修改了List就会抛出ConcurrentModificationException，这就是Fail-Fast机制。