Java 基础(二)——集合源码解析 Iterator

首先,在探索集合之前,我们先来思考一个问题,集合是什么?

针对一个特定的问题,如果事先不知道需要多少个对象,或者它们的持续时间有多长,那么也不知道如何保存那些对象。既然如此,怎样才能知道那些对象要求多少空间呢?事先上根本无法提前知道,除非进入运行期。

在面向对象的设计中,大多数问题的解决办法似乎都有些轻率——只是简单地创建另一种类型的对象。用于解决特定问题的新型对象容纳了指向其他对象的引用。当然,也可以用数组来做同样的事情,那是大多数语言都具有的一种功能。 但不能只看到这一点。这种新对象通常叫作“集合”(亦叫作一个“容器”)。在 需要的时候,集合会自动扩充自己,以便适应我们在其中置入的任何东西。所以 我们事先不必知道要在一个集合里容下多少东西。只需创建一个集合,以后的工作让它自己负责好了。

上文摘抄自《Thinking in Java》,集合解决的问题是,在编译期间不知道要多少个对象,但是数组必须在申明的时候明确指明数组长度,如果食用数组,申请太多的空间就会造成资源浪费,如果申请太少空间,就不够用。所以引出了一个概念叫“容器”,来解决这个问题,这个容器就是我们今天要研究的对象--“集合”。

我们先来看一下类关系图~

Java 提供的集合都在 Java.utils 包下,集合主要分两类,Collection 和 Map。

我们用到的各种类型的集合,都是实现自这两个接口。集合的实现类有很多,开发过程中,我们需要根据不同的需求,选择合适的集合设计,以便高效率的解决我们的实际问题。至于什么场景用哪一种类型的容器,使用这种容器能带来哪些好处,这就是我们要研究的核心点,也是我们用好 Java 集合的精髓。

磨刀不误砍柴工,我们在探索集合的架构设计之前,我们先来研究一下Iterator。

Iterator

Iterator :[计]迭代器,迭代程序

迭代器,这里用到的就是设计模式中的迭代器模式。

迭代器模式 定义:提供一种方法访问一个容器对象中各个元素,而又不暴露该对象的内部细节。

这里我们的重点不是迭代器模式,对“迭代器模式”感兴趣的童鞋可以自行去了解一波。

先来看看接口 Iterator 的设计。

一共四个方法,其中hasNext()和 next()方法是迭代必须方法。remove()和forEachRemaining()方法有默认实现,小伙伴不要纠结接口怎么会有默认实现方法,这是 Java 8 的新特性。

  • hasNext():是否有下一个元素
  • next():获取下一个元素
  • remove():删除当前元素,非必须的方法,有需要可重写实现。
  • forEachRemaining():给剩下来所有元素做了一个自定义的相同操作。非必须的方法,有需要可重写实现。

fail-fast 与 ConcurrentModificationException

fail-fast:是java集合(Collection)中的一种错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时,就可能会产生fail-fast事件。 ConcurrentModificationException:出现 fail-fast 问题的时候就会抛出这个异常。

可能问题描述得有点抽象,我举个例子:假设有个 ArrayList 集合A,A里面包含10个元素,分别是0~9。假设线程a在获取第5个元素的过程中,线程b操作A删除了第一个元素。那么问题来了,此时a线程是获取的到结果是5,但是我的本意应该是取到结果4,此时程序发生了错误,因此产生 fail-fast 问题,遂抛出异常。

解决方案

  1. 在遍历过程中所有涉及到改变modCount值得地方全部加上synchronized。
  2. 用 CopyOnWriteArrayList,ConcurrentHashMap 替换 ArrayList, HashMap,它们的功能和名字一样,在写入时会创建一个 copy,然后在这个 copy 版本上进行修改操作,这样就不会影响原来的迭代。不过坏处就是浪费内存。

Iterator 实现迭代功能

Iterator 的实现类一般以内部类的形式写在集合类里面。功能的实现是根据各种集合实现的特定实现,比如说 ArrayList 和 LinkedArrayList 的数据结构不一样,所以 Iterator 实现也不一样。

这里以 ArrayList 的 Iterator 举例子讲一下 Iterator 的代码实现。 在看源码之前,我们先来回顾一下 Iterator 的使用。

一般情况,如果只是遍历获取集合的所有元素,我选择使用第一种方式,因为用 iterator 感觉好麻烦的样子。但是肯定很多童鞋都犯过一个这样的错误,我们在 for 循环里面对集合进行了remove操作,但是最后的结果和我们期望的不一样,这时候老手告诉你,集合不能这样操作,如果你要remove,请用 iterator操作,那样不会出问题,于是,我们默默的记下了这个结论。稍后,我们会在Iterator 的源码里面找到原因。

注视我都写在代码里面了,其实ArrayList.Iterator 就是一个对数组的遍历,较之直接 for()循环ArrayList,优点是做了 fail-fast 检查,并且增加了在遍历过程中删除的功能。

再来详细讲一下for()循环里面不能用list.remove(i)的原因。因为在 for(int i=0; i<list.size();i++) 语句中,假设 list 有4个元素,假如果在 i = 0 的时候调用了list.remove(i),此时就出现了取值错位并且漏值的情况。但是在Iterator 里面,我们可以看到有一行这样的代码 this.cursor = this.lastRet 改变了当前数组的角标。

这里分享一个使用for循环然后再在循环里面删除值并且不会出错的办法

好了,很简单的逻辑,Iterator 就分享到这里吧,不同的集合里面的 Iterator 的实现方式不一样,但是逻辑都是一样的,所以就不再赘述了。

原文发布于微信公众号 - Android机动车(JsAndroidClub)

原文发表时间:2017-11-09

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