深入淺出Java設(shè)計模式之迭代器模式(圖)

2019-11-18 12:15:52

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供稿：網(wǎng)友

　　一、引言
　　
　　迭代這個名詞對于熟悉java的人來說絕對不生疏。我們經(jīng)常使用JDK提供的迭代接口進行java collection的遍歷：
　　
　　Iterator it = list.iterator();
　　while(it.hasNext()){
　　//using “it.next();”do some businesss logic
　　}
　　
　　而這就是關(guān)于迭代器模式應(yīng)用很好的例子。
　　
　　二、定義與結(jié)構(gòu)
　　
　　迭代器（Iterator）模式，又叫做游標(biāo)（Cursor）模式。GOF給出的定義為：提供一種方法訪問一個容器（container）對象中各個元素，而又不需暴露該對象的內(nèi)部細節(jié)。
　　
　　從定義可見，迭代器模式是為容器而生。很明顯，對容器對象的訪問必然涉及到遍歷算法。你可以一股腦的將遍歷方法塞到容器對象中去；或者根本不去提供什么遍歷算法，讓使用容器的人自己去實現(xiàn)去吧。這兩種情況似乎都能夠解決問題。
　　
　　然而在前一種情況，容器承受了過多的功能，它不僅要負(fù)責(zé)自己“容器”內(nèi)的元素維護（添加、刪除等等），而且還要提供遍歷自身的接口；而且由于遍歷狀態(tài)保存的問題，不能對同一個容器對象同時進行多個遍歷。第二種方式倒是省事，卻又將容器的內(nèi)部細節(jié)暴露無遺。
　　
　　而迭代器模式的出現(xiàn)，很好的解決了上面兩種情況的弊端。先來看下迭代器模式的真面目吧。
　　
　　迭代器模式由以下角色組成：
　　
　　1) 迭代器角色（Iterator）：迭代器角色負(fù)責(zé)定義訪問和遍歷元素的接口。
　　
　　2) 具體迭代器角色（Concrete Iterator）：具體迭代器角色要實現(xiàn)迭代器接口，并要記錄遍歷中的當(dāng)前位置。
　　
　　3) 容器角色（Container）：容器角色負(fù)責(zé)提供創(chuàng)建具體迭代器角色的接口。
　　
　　4) 具體容器角色（Concrete Container）：具體容器角色實現(xiàn)創(chuàng)建具體迭代器角色的接口——這個具體迭代器角色于該容器的結(jié)構(gòu)相關(guān)。
　　
　　迭代器模式的類圖如下：
　　　深入淺出Java設(shè)計模式之迭代器模式(圖)

　　從結(jié)構(gòu)上可以看出，迭代器模式在客戶與容器之間加入了迭代器角色。迭代器角色的加入，就可以很好的避免容器內(nèi)部細節(jié)的暴露，而且也使得設(shè)計符號“單一職責(zé)原則”。
　　
　　注重，在迭代器模式中，具體迭代器角色和具體容器角色是耦合在一起的——遍歷算法是與容器的內(nèi)部細節(jié)緊密相關(guān)的。為了使客戶程序從與具體迭代器角色耦合的困境中脫離出來，避免具體迭代器角色的更換給客戶程序帶來的修改，迭代器模式抽象了具體迭代器角色，使得客戶程序更具一般性和重用性。這被稱為多態(tài)迭代。
　　
　　三、舉例
　　
　　由于迭代器模式本身的規(guī)定比較松散，所以具體實現(xiàn)也就五花八門。我們在此僅舉一例，根本不能將實現(xiàn)方式一一呈現(xiàn)。因此在舉例前，我們先來列舉下迭代器模式的實現(xiàn)方式。
　　
　　1．迭代器角色定義了遍歷的接口，但是沒有規(guī)定由誰來控制迭代。在Java collection的應(yīng)用中，是由客戶程序來控制遍歷的進程，被稱為外部迭代器；還有一種實現(xiàn)方式便是由迭代器自身來控制迭代，被稱為內(nèi)部迭代器。外部迭代器要比內(nèi)部迭代器靈活、強大，而且內(nèi)部迭代器在java語言環(huán)境中，可用性很弱。
　　
　　2．在迭代器模式中沒有規(guī)定誰來實現(xiàn)遍歷算法。似乎理所當(dāng)然的要在迭代器角色中實現(xiàn)。因為既便于一個容器上使用不同的遍歷算法，也便于將一種遍歷算法應(yīng)用于不同的容器。但是這樣就破壞掉了容器的封裝——容器角色就要公開自己的私有屬性，在java中便意味著向其他類公開了自己的私有屬性。
　　
　　那我們把它放到容器角色里來實現(xiàn)好了。這樣迭代器角色就被架空為僅僅存放一個遍歷當(dāng)前位置的功能。但是遍歷算法便和特定的容器緊緊綁在一起了。
　　
　　而在Java Collection的應(yīng)用中，提供的具體迭代器角色是定義在容器角色中的內(nèi)部類。這樣便保護了容器的封裝。但是同時容器也提供了遍歷算法接口，你可以擴展自己的迭代器。
　　
　　好了，我們來看下Java Collection中的迭代器是怎么實現(xiàn)的吧。
　　
　　//迭代器角色，僅僅定義了遍歷接口
　　
　　public interface Iterator {
　　boolean hasNext();
　　Object next();
　　void remove();
　　}
　　
　　//容器角色，這里以List為例。它也僅僅是一個接口，就不羅列出來了
　　//具體容器角色，便是實現(xiàn)了List接口的ArrayList等類。為了突出重點這里指羅列和迭代器相關(guān)的內(nèi)容
　　//具體迭代器角色，它是以內(nèi)部類的形式出來的。AbstractList是為了將各個具體容器角色的公共部分提取出來而存在的。
　　
　　public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List {
　　……
　　//這個便是負(fù)責(zé)創(chuàng)建具體迭代器角色的工廠方法
　　public Iterator iterator() {
　　return new Itr();
　　}
　　
　　//作為內(nèi)部類的具體迭代器角色
　　
　　PRivate class Itr implements Iterator {
　　int cursor = 0;
　　int lastRet = -1;
　　int eXPectedModCount = modCount;
　　
　　public boolean hasNext() {
　　return cursor != size();
　　}
　　
　　public Object next() {
　　checkForComodification();
　　try {
　　Object next = get(cursor);
　　lastRet = cursor++;
　　return next;
　　} catch(IndexOutOfBoundsException e) {
　　checkForComodification();
　　throw new NoSUChElementException();
　　}
　　}
　　
　　public void remove() {
　　if (lastRet == -1)
　　throw new IllegalStateException();
　　checkForComodification();
　　
　　try {
　　AbstractList.this.remove(lastRet);
　　if (lastRet < cursor)
　　cursor--;
　　lastRet = -1;
　　expectedModCount = modCount;
　　} catch(IndexOutOfBoundsException e) {
　　throw new ConcurrentModificationException();
　　}
　　}
　　
　　final void checkForComodification() {
　　if (modCount != expectedModCount)
　　throw new ConcurrentModificationException();
　　}
　　}
　　
　　至于迭代器模式的使用。正如引言中所列那樣，客戶程序要先得到具體容器角色，然后再通過具體容器角色得到具體迭代器角色。這樣便可以使用具體迭代器角色來遍歷容器了……
　　
　　四、實現(xiàn)自己的迭代器
　　
　　在實現(xiàn)自己的迭代器的時候，一般要操作的容器有支持的接口才可以。而且我們還要注重以下問題：
　　
　　在迭代器遍歷的過程中，通過該迭代器進行容器元素的增減操作是否安全呢？
　　
　　在容器中存在復(fù)合對象的情況，迭代器怎樣才能支持深層遍歷和多種遍歷呢？
　　
　　以上兩個問題對于不同結(jié)構(gòu)的容器角色，各不相同，值得考慮。
　　
　　五、適用情況
　　
　　由上面的講述，我們可以看出迭代器模式給容器的應(yīng)用帶來以下好處：
　　
　　1) 支持以不同的方式遍歷一個容器角色。根據(jù)實現(xiàn)方式的不同，效果上會有差別。
　　
　　2) 簡化了容器的接口。但是在java Collection中為了提高可擴展性，容器還是提供了遍歷的接口。
　　
　　3) 對同一個容器對象，可以同時進行多個遍歷。因為遍歷狀態(tài)是保存在每一個迭代器對象中的。
　　
　　由此也能得出迭代器模式的適用范圍：
　　
　　1) 訪問一個容器對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示。
　　
　　2) 支持對容器對象的多種遍歷。
　　
　　3) 為遍歷不同的容器結(jié)構(gòu)提供一個統(tǒng)一的接口（多態(tài)迭代）。
　　
　　六、總結(jié)
　　
　　迭代器模式在我們的應(yīng)用中很廣泛，希望本文能幫助你理解它。如有不對之處，還請不吝指正。

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