1.概述

迭代器模式 (Iterator Pattern) 是一种行为型设计模式，它提供一种顺序访问聚合对象（如列表、集合等）中的元素，而无需暴露聚合对象的内部表示。迭代器模式将遍历逻辑封装在一个迭代器对象中，使得我们可以使用统一的方式遍历不同类型的聚合对象，同时也可以简化客户端代码。

2.结构

迭代器模式主要包含以下角色：

抽象聚合 (Aggregate) 角色：定义存储、添加、删除聚合元素以及创建迭代器对象的接口。
具体聚合 (ConcreteAggregate) 角色：实现抽象聚合类，返回一个具体迭代器的实例。
抽象迭代器 (Iterator) 角色：定义访问和遍历聚合元素的接口，通常包含 hasNext()、next() 等方法。
具体迭代器 (Concretelterator) 角色：实现抽象迭代器接口中所定义的方法，完成对聚合对象的遍历，记录遍历的当前位置。

3.案例实现

【例】定义一个可以存储学生对象的容器对象，将遍历该容器的功能交由迭代器实现，其类图如下：
在这里插入图片描述

具体实现代码如下：
Student.java

public class Student {private String name;private String number;public Student() {}public Student(String name, String number) {this.name = name;this.number = number;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", number='" + number + '\'' +'}';}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getNumber() {return number;}public void setNumber(String number) {this.number = number;}
}

3.1.抽象迭代器

StudentIterator.java

//抽象迭代器角色接口
public interface StudentIterator {//判断是否还有元素boolean hasNext();//获取下一个元素Student next();
}

3.2.具体迭代器

StudentIteratorImpl.java

//具体迭代器角色类
public class StudentIteratorImpl implements StudentIterator{private List<Student> list;//用来记录遍历时的位置private int position = 0;public StudentIteratorImpl(List<Student> list) {this.list = list;}@Overridepublic boolean hasNext() {return position < list.size();}@Overridepublic Student next() {//从集合中或者去指定位置的元素Student currentStudent = list.get(position);position++;return currentStudent;}
}

3.3.抽象聚合

StudentAggregate.java

//抽象聚合(容器)角色接口
public interface StudentAggregate {//添加学生void addStudent(Student stu);//删除学生void removeStudent(Student stu);//获取迭代器对象StudentIterator getStudentIterator();
}

3.4.具体聚合

StudentAggregateImpl.java

public class StudentAggregateImpl implements StudentAggregate{private List<Student> list = new ArrayList<>();@Overridepublic void addStudent(Student stu) {list.add(stu);}@Overridepublic void removeStudent(Student stu) {list.remove(stu);}//获取迭代器对象@Overridepublic StudentIterator getStudentIterator() {return new StudentIteratorImpl(list);}
}

3.5.测试

Client.java

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建聚合(容器)对象StudentAggregateImpl aggregate = new StudentAggregateImpl();Student student1 = new Student("Tom", "1001");Student student2 = new Student("Mike", "1002");Student student3 = new Student("Jerry", "1003");Student student4 = new Student("Mary", "1004");//添加元素aggregate.addStudent(student1);aggregate.addStudent(student2);aggregate.addStudent(student3);aggregate.addStudent(student4);//删除元素aggregate.removeStudent(student3);//遍历聚合对象// 1.获取迭代器对象StudentIterator iterator = aggregate.getStudentIterator();// 2.遍历while (iterator.hasNext()){// 3.获取元素Student student = iterator.next();System.out.println(student.toString());}}
}

结果如下：

Student{name='Tom', number='1001'}
Student{name='Mike', number='1002'}
Student{name='Mary', number='1004'}

4.优缺点

（1）迭代器模式的优缺点如下：

优点
- 简化客户端代码：迭代器模式将遍历逻辑封装在迭代器对象中，客户端代码只需通过迭代器接口与迭代器对象交互，无需关心具体的遍历算法和聚合对象的内部结构，从而简化了客户端代码。
- 统一遍历接口：迭代器模式提供一种统一的遍历接口，使得对不同类型的聚合对象可以使用相同的遍历方式，提供了更加灵活和通用的遍历操作。
- 支持多种遍历方式：通过不同的迭代器实现，迭代器模式支持多种遍历方式，如顺序遍历、逆序遍历等，使得遍历操作更加灵活可变。
- 解耦聚合对象与遍历操作：迭代器模式将遍历操作从聚合对象中分离出来，使得聚合对象的内部结构不再暴露给客户端，遵循了单一职责原则，提高了代码的可维护性和可扩展性。
缺点
- 对于某些较为复杂的聚合对象，实现迭代器可能会比较复杂，需要实现多个方法，并考虑并发访问的线程安全性，增加了代码的复杂性。
- 当遍历的聚合对象发生变化时，需要相应地修改迭代器的实现，可能会影响到迭代器的逻辑。

（2）总体来说，迭代器模式适用于需要统一遍历接口、封装遍历逻辑、解耦聚合对象与遍历操作的场景。它可以提供更加灵活、通用和可维护的遍历操作，但在某些情况下，可能会增加代码的复杂性。因此，在使用迭代器模式时需要综合考虑具体的设计需求和项目情况。

5.使用场景

（1）迭代器模式通常适用于以下场景：

需要遍历聚合对象的元素：当需要遍历并访问聚合对象中的元素，并且不希望暴露聚合对象的内部结构给客户端时，可以使用迭代器模式。它可以将遍历操作封装在迭代器中，提供一个统一的遍历接口。
需要对不同类型的聚合对象使用统一的遍历方式：迭代器模式提供了一种统一的遍历接口，使得对不同类型的聚合对象可以使用相同的遍历方式。这样可以增加代码的灵活性和可维护性，使得客户端代码更加通用。
需要支持多种遍历方式：如果需要支持多种遍历方式，如顺序遍历、逆序遍历等，可以通过不同的迭代器实现来实现不同的遍历方式。这样可以使遍历操作更加灵活可变。
需要屏蔽聚合对象的内部实现细节：当聚合对象的内部结构较为复杂，或者不希望暴露内部结构给客户端时，可以使用迭代器模式进行封装。迭代器模式将遍历逻辑封装在迭代器对象中，客户端无需关心聚合对象的具体实现细节。
需要遍历操作与聚合对象解耦：迭代器模式将遍历操作从聚合对象中分离出来，使得聚合对象的内部结构不再暴露给客户端。这样可以提高代码的可维护性和可扩展性，使遍历操作与聚合对象解耦。

（2）迭代器模式在现实生活中的应用也非常广泛，例如集合类、数据库查询结果等都可以使用迭代器模式来统一遍历操作接口。

6.JDK 源码解析——Iterator

（1）迭代器模式在 Java 的很多集合类中被广泛应用，接下来看下面的例子：

public class TestArratList {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();//添加元素list.add("1001");list.add("1002");list.add("1003");//删除元素list.remove("1003");Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}
}

结果如下：

1001
1002

（2）看完这段代码是不是觉得很熟悉，它与我们上面的代码基本类似。单列集合都使用到了迭代器，所以现在以 ArrayList 举例来说明：

List：抽象聚合类；
ArrayList：具体的聚合类；
Iterator：抽象迭代器；
list.iterator()：返回的是实现了 Iterator 接口的具体迭代器对象；

（3）具体来看看 ArrayList 的部分关键代码实现：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {public Iterator<E> iterator() {return new Itr();}private class Itr implements Iterator<E> {int cursor;       	// 下一个要返回元素的索引int lastRet = -1; 	// 上一个返回元素的索引int expectedModCount = modCount;Itr() {}//判断是否还有元素public boolean hasNext() {return cursor != size;}//获取下一个元素public E next() {checkForComodification();int i = cursor;if (i >= size)throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)throw new ConcurrentModificationException();cursor = i + 1;return (E) elementData[lastRet = i];}//...
}

（4）这部分代码大致就是在 iterator 方法中返回了一个实例化的 Iterator 对象。Itr 是一个内部类，它实现了 Iterator 接口并重写了其中的抽象方法。此外，通过下图可知 ArrayList 与 Iterable 的关系：

在这里插入图片描述

package java.lang;import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.Spliterator;
import java.util.Spliterators;
import java.util.function.Consumer;public interface Iterable<T> {Iterator<T> iterator();default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}default Spliterator<T> spliterator() {return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);}
}