Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读

2025-06-30 17:50
文章标签 设计模式 java iterator 迭代 解读 模式

本文主要是介绍Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

《Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读》：本文主要介绍Java设计模式---迭代器模式(Iterator),具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,...

迭代器（Iterator）是一种常见的设计模式，它提供了一种统一的访问集合元素的方式，同时隐藏了集合的内部实现细节。

注意⚠️：蓝色为继承、黄色为接口实现。

Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读

由上图可知：

  • 1、 在集合的顶端为Iterable接口。
  • 2、对于AbstractList<E> extends AbstractCollection<E>，两者均属于抽象类分别实现List接口和Collection接口。而List接口继承于Collection接口。
  • 3、关于其他子实现均实现AbstractList，AbstractCollection。
  • 4、对于queue接口。和List一样，继承Collection接口。

1、迭代器（Iterator）

迭代器是一种对象，它允许你按顺序访问一个聚合对象（如列表、树、图等）中的元素，而无需暴露集合的内部结构。

1.1、结构

关于Collection接口，继承于Iterable接口。

Java 的集合框架（如List、Set）均实现了Iterator接口，通过iterator()方法返回迭代器：

代码示例如下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}

public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

通过迭代器模式，可以将集合的遍历逻辑与集合本身的实现解耦，从而提高代码的灵活性和可维护性。

1.2、常用方法

它通常包含以下核心方法：

  • hasNext()：判断是否还有下一个元素。
  • next()：获取下一个元素。
  • remove()（可选）：删除当前元素。

代码示例：

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

1.3、本质

迭代器被归类java设计模式里面的行为型设计模式（Behavioral Design Pattern），定义了对象之间的交互方式。

它的核心思想是：

解耦遍历逻辑与数据结构，使客户端无需关心数据的存储方式即可统一访问元素。

1、解耦集合与遍历逻辑

  • 传统方式：直接通过索引遍历集合（如数组），客户端需要知道集合的内部结构（如数组长度）。
  • 迭代器方式：客avbDRd户端只需调用hasNext()和next()，无需关心集合是数组、链表还是树。

2、统一访问接口

  • 不同类型的集合（如List、Set、Map）可以提供自己的迭代器实现，客户端通过统一的Iterator接口操作。

3、支持多种遍历方式

  • 迭代器可以定义不同的遍历策略（如正向、逆向、深度优先搜索等），而集合本身不需要修改。

4、提高代码复用性

  • 迭代器模式将遍历逻辑抽象为独立的对象，可以被多个集合复用。

1.4、自定义迭代器

// 自定义集合
class MyCollection implements Iterable<Integer> {
    private List<Integer> data = new ArrayList<>();

    public void add(int value) {
        data.add(value);
    }

    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
       js return new MyIterator();
    }

    // 自定义迭代器
    private class MyIterator implements Iterator<Integer> {
        private int index = 0;

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return index < data.size();
        }

        @Override
        public Integer next() {
            return data.get(index++);
        }
    }
}

总结

Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读

2、迭代器模式的组成

2.1、迭代器模式角色

1、抽象迭代www.chinasem.cn器（Iterator）：

定义了遍历聚合对象所需的方法，包括hashNext()和next()方法等，用于遍历聚合对象中的元素。

2、具体迭代器（Concrete Iterator）：

它是实现迭代器接口的具体实现类，负责具体的遍历逻辑。它保存了当前遍历的位置信息，并可以根据需要向前或向后遍历集合元素。

3、抽象聚合器（Aggregate）：

一般是一个接口，提供一个iterator()方法，例如java中的Collection接口，List接口，Set接口等。

4、具体聚合器（ConcreteAggregate）：

就是抽象容器的具体实现类，比如List接口的有序列表实现ArrayList，List接口的链表实现LinkList，Set接口的哈希列表的实现HashSet等。

2.2、UML 类图

如下所示：

Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读

2.3、举例

下面以班级名单为例，解释一下迭代器模式。

  • 抽象迭代器：StudentIterator
  • 具体迭代器：StudentListIterator
  • 抽象聚合器：StudentAggregate
  • 具体聚合器：ClassList

Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读

1、Student——学生实体类

首先定义一个学生类，用来表示学生信息。

如下图所示：

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 学生实体类
 */
@Data
public class Student {
    private String name;
    private Integer age;
    public Student(String name,Integer age){
        this.age=age;
        this.name=name;
    }
}

2、StudentIterator——抽象迭代器（Iterator）

创建一个抽象迭代器（学生迭代器）并继承Iterator接口（java.util包下的Iterator）。

如下所示：

import java.util.Iterator;
/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 抽象迭代器（Iterator）：学生迭代器
 * 实现Iterator接口
 * 负责定义访问和遍历元素的接口，例如提供hasNext()和next()方法。
 */
public interface StudentIterator extends Iterator<Student> {
}

3、StudentListIterator——具体迭代器（Concrete iterator）

在这个具体迭代器中，实现抽象迭代器，重写hashNext()和next()方法。

如下所示：

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 具体迭代器（Concrete iterator）：
 * 实现抽象迭代器定义的接口，负责实现对元素的访问和遍历。
 */
public class StudentListIterator implements StudentIterator{
    private List<Student> students;
    private int index;
 
    public StudentListIterator(List<Student> students) {
        this.students = students;
        this.index = 0;
    }
 
    //检查是否还有下一个元素
    @Override
    public boolean hasNext() {
        return (index < students.size());
    }
 
    //返回下一个元素
    @Override
    public Student next() {
        if (!hasNext()) {
            throw new NoSuchElementException();
        }
        Student student = students.get(index);
        index++;
        return student;
    }
}

4、StudentAggregate——抽象聚合器（Aggregate）

定义一个抽象聚合器，并定义一个iterator()方法，用于创建具体的迭代器对象。

如下所示：

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 抽象聚合器（Aggregate）：学生聚合器
 * 提供创建迭代器的接口，例如可以定义一个iterator()方法。
 */
public interface StudentAggregate {
    //用于创建具体的迭代器对象
    StudentIterator iterator();
    void add(Student student);
}

5、ClassList——具体聚合器（Concrete Aggregate）

实现抽象聚合器定义的接口，负责创建具体的迭代器对象。

如下所示：

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 具体聚合器www.chinasem.cn（ConcreteAggregate）：班级列表
 * 实现抽象聚合器定义的接口，负责创建具体的迭代器对象，并返回该对象。
 */
public class ClassList implements StudentAggregate{
    private List<Student> students = new ArrayList<>();
 
    //创建迭代器对象
    @Override
    public StudentIterator iterator() {
        return new StudentListIterator(students);
    }
 
    //向班级名单中添加学生信息
    @Override
    public void add(Student student) {
        students.add(student);
    }
}

6、testIterator

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/25
 * 迭代器模式测试类
 */
@SpringBootTest
public class TestIterator {
    @Test
    void testIterator(){
        ClassList classList = new ClassList();
        // 添加学生信息
        classList.add(new Student("张三", 18));
        classList.add(new Student("李四", 19));
        classList.add(new Student("王五", 20));
        // 获取迭代器，遍历学生信息
        StudentIterator iterator = classList.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            Student student = iterator.next();
            System.out.println("学生姓名：" + student.getName() + "，学生年龄：" + student.getAge());
        }
    }
 
}

输出：
学生姓名：张三，学生年龄：18
学生姓名：李四，学生年龄：19
学生姓名：王五，学生年龄：20

3、实际应用

1、集合框架中的迭代器：

在Java中，集合包括List、Set、Map等等，每个集合类中都提供了一个获取迭代器的方法，例如List提供的iterator()方法、Set提供的iterator()方法等等。

通过获取对应的迭代器对象，可以对集合中的元素进行遍历和访问。

代码示例：

import java.util.*;

public class CollectionIteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
        Iterator<String> iterator = list.iterator();

        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

2、JDBC中的ResultSet对象：

在Java中，如果需要对数据库中的数据进行遍历和访问，可以使用JDBC操作数据库。

JDBC中，查询结果集使用ResultSet对象来表示，通过使用ResultSet的next()方法，就可以像使用迭代器一样遍历和访问查询结果中的数据。

代码示例：

import java.sql.*;
import java.util.Iterator;

public class JdbcIteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";
        String user = "root";
        String password = "password";

        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);
             Statement stmt = conn.createStatement();
             ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name FROM users")) {

            // 使用自定义迭代器遍历 ResultSet
            Iterator<User> userIterator = new ResultSetIterator<>(rs);
            while (userIterator.hasNext()) {
                User user = userIterator.next();
                System.out.println(user);
            }

        } catch (SandroidQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 自定义迭代器
    static class ResultSetIterator<T> implements Iterator<T> {
        private final ResultSet rs;
        private final RowMapper<T> rowMapper;

        public ResultSetIterator(ResultSet rs) throws SQLException {
            this.rs = rs;
            this.rowMapper = (rs1) -> {
                User user = new User();
                user.setId(rs1.getInt("id"));
                user.setName(rs1.getString("name"));
                return user;
            };
        }

        @Override
        public boolean hasNext() throws SQLException {
            return rs.next();
        }

        @Override
        public T next() throws SQLException {
            return rowMapper.mapRow(rs);
        }
    }

    // 辅助类
    static class User {
        private int id;
        private String name;

        // Getters and setters
        @Override
        public String toString() {
            return "User{" + "id=" + id + ", name='" + name + '\'' + '}';
        }
    }

    interface RowMapper<T> {
        T mapRow(ResultSet rs) throws SQLException;
    }
}

3、文件读取：

在Java中，我们可以使用BufferedReader类来读取文本文件。BufferedReader类提供了一个方法readLine()来逐行读取文件内容。

BufferedReader在内部使用了迭代器模式来逐行读取文本文件的内容。

代码示例：

import java.io.*;
import java.util.Iterator;

public class FileIteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "example.txt";

        try (FileReader reader = new FileReader(filePath);
             BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader)) {

            // 使用自定义迭代器遍历文件
            Iterator<String> lineIterator = new LineIterator(bufferedReader);
            while (lineIterator.hasNext()) {
                System.out.println(lineIterator.next());
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 自定义迭代器
    static class LineIterator implements Iterator<String> {
        private final BufferedReader reader;
        private String nextLine;

        public LineIterator(BufferedReader reader) throws IOException {
            this.reader = reader;
            this.nextLine = reader.readLine();
        }

        @Override
        public boolean hasNext() {
            try {
                return nextLine != null || (nextLine = reader.readLine()) != null;
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException("读取文件时出错", e);
            }
        }

        @Override
        public String next() {
            if (!hasNext()) {
                throw new IllegalStateException("没有更多行");
            }
            String currentLine = nextLine;
            try {
                nextLine = reader.readLine();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException("读取文件时出错", e);
            }
            return currentLine;
        }
    }
}

4、优缺点

4.1、优点

1、隐藏集合实现细节

  • 客户端无需知道集合是链表、数组还是其他结构，只需通过迭代器操作。

2、支持并发修改

  • 某些迭代器（如 Java 的ConcurrentHashMap的弱一致性迭代器）可以处理并发修改，避免ConcurrentModificationException。可参考：集合中的并发修改异常及处理方式

3、灵活的遍历方式

  • 例如，可以为树结构定义深度优先或广度优先的迭代器。

4、代码简洁性

  • 使用迭代器可以避免重复编写遍历逻辑（如手动管理索引）。

4.2、缺点

  • 增加了代码复杂度：需要额外定义迭代器类。
  • 性能开销：对于简单集合（如数组），直接遍历可能更高效。

总结

迭代器模式是 Java 集合框架的核心设计之一，也是许多高级数据结构（如树、图）遍历的基础。通过理解其原理，可以更高效地设计和实现符合要求的集合类。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持China编程(www.chinasem.cn)。

这篇关于Java设计模式---迭代器模式(Iterator)解读的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1155263。

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