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Java设计模式之迭代器模式详解
一、迭代器模式核心思想
核心目标：提供一种方法顺序访问聚合对象中的元素，而不暴露其内部实现。如同导游带领游客参观景点，游客无需知道景点的组织方式，只需跟随导游即可遍历所有景点。
二、迭代器模式类图（Mermaid）
三、代码实现示例
1. 自定义集合迭代器
// 迭代器接口
interface Iterator<T> {boolean hasNext();T next();void remove();
}// 聚合接口
interface IterableCollection<T> {Iterator<T> createIterator();
}// 具体集合：书架
class BookShelf implements IterableCollection<Book> {private List<Book> books = new ArrayList<>();public void addBook(Book book) {books.add(book);}public Book getBook(int index) {return books.get(index);}public int size() {return books.size();}@Overridepublic Iterator<Book> createIterator() {return new BookShelfIterator(this);}
}// 具体迭代器
class BookShelfIterator implements Iterator<Book> {private BookShelf bookShelf;private int position;public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {this.bookShelf = bookShelf;this.position = 0;}@Overridepublic boolean hasNext() {return position < bookShelf.size();}@Overridepublic Book next() {Book book = bookShelf.getBook(position);position++;return book;}@Overridepublic void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}
}// 书籍类
class Book {private String title;public Book(String title) { this.title = title; }public String getTitle() { return title; }
}// 客户端调用
public class Client {public static void main(String[] args) {BookShelf shelf = new BookShelf();shelf.addBook(new Book("设计模式"));shelf.addBook(new Book("Java核心技术"));shelf.addBook(new Book("算法导论"));Iterator<Book> it = shelf.createIterator();while (it.hasNext()) {System.out.println(it.next().getTitle());}/* 输出：设计模式Java核心技术算法导论 */}
}
四、模式优缺点分析
✅ 优势
- 解耦集合与遍历：客户端无需知道集合内部结构
- 支持多种遍历方式：可定义不同迭代器（正序/逆序/过滤等）
- 单一职责原则：集合管理数据，迭代器负责遍历
- 并行遍历：支持多迭代器同时操作
❌ 缺点
- 简单集合不适用：对小型集合可能过度设计
- 性能开销：迭代器对象创建成本
- 修改集合风险：遍历时修改集合可能导致异常
五、典型应用场景
- 集合框架：Java的List、Set、Map迭代器
- 树形结构遍历：二叉树/BFS/DFS迭代器
- 数据库查询：ResultSet遍历
- 文件系统：目录递归遍历
- 社交网络：好友关系遍历
- 游戏地图：网格单元遍历
六、Mermaid序列图（迭代过程）
七、迭代器模式 vs 其他模式
| 对比模式 | 核心区别 |
|---|---|
| 访问者模式 | 对集合元素执行操作，不控制遍历顺序 |
| 组合模式 | 处理树形结构，迭代器可遍历组合 |
| 工厂方法 | 用于创建迭代器对象 |
八、Java集合框架中的迭代器
Java迭代器层次结构
九、高级应用技巧
1. 过滤迭代器（只返回符合条件的元素）
class FilterIterator<T> implements Iterator<T> {private Iterator<T> source;private Predicate<T> filter;private T nextItem;public FilterIterator(Iterator<T> source, Predicate<T> filter) {this.source = source;this.filter = filter;findNext();}private void findNext() {nextItem = null;while (source.hasNext()) {T item = source.next();if (filter.test(item)) {nextItem = item;break;}}}public boolean hasNext() {return nextItem != null;}public T next() {T result = nextItem;findNext();return result;}
}// 使用示例
Iterator<Book> it = new FilterIterator<>(shelf.createIterator(), book -> book.getTitle().contains("Java")
);
2. 并发安全迭代器
class ConcurrentIterator<T> implements Iterator<T> {private final List<T> snapshot;private int position;public ConcurrentIterator(Collection<T> collection) {this.snapshot = new ArrayList<>(collection); // 创建快照}public boolean hasNext() {return position < snapshot.size();}public T next() {return snapshot.get(position++);}
}
十、实际框架应用案例
Spring Data的Repository迭代
Iterable<User> users = userRepository.findAll();
Iterator<User> it = users.iterator();
while (it.hasNext()) {User user = it.next();// 处理用户
}
Java Stream API（内部使用迭代器）
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
names.stream().filter(name -> name.length() > 4).forEach(System.out::println);
十一、常见问题解答
Q1：如何在遍历时安全删除元素？
使用迭代器的remove()方法：
Iterator<Book> it = shelf.createIterator();
while (it.hasNext()) {Book book = it.next();if (book.getTitle().contains("过期")) {it.remove(); // 安全删除}
}
Q2：如何实现双向遍历？
使用ListIterator：
ListIterator<Book> it = books.listIterator();
it.next(); // 正向遍历
it.previous(); // 返回上一个
it.add(newBook); // 添加元素
Q3：迭代器模式如何支持并行遍历？
// 创建多个独立迭代器
Iterator<Book> it1 = shelf.createIterator();
Iterator<Book> it2 = shelf.createIterator();// 线程1使用it1遍历
// 线程2使用it2遍历
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