设计模式十七：迭代器模式（Iterator Pattern）

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种访问聚合对象（例如列表、集合、数组等）中各个元素的方法，而无需暴露其内部表示。迭代器模式将遍历元素和访问元素的责任分离开来，使得代码更加灵活、可扩展和易于维护。

迭代器模式的核心思想是抽象出一个迭代器接口，该接口定义了访问和遍历元素的方法，然后不同的聚合对象实现这个接口以提供自己的迭代器。这样，客户端代码就可以通过迭代器遍历聚合对象中的元素，而无需关心聚合对象的具体实现细节。

迭代器的使用场景

迭代器模式在许多情况下都可以发挥作用，特别是在需要遍历和访问集合或聚合对象的场景中。以下是一些常见的使用场景：

遍历集合类：
迭代器模式最典型的用途就是遍历集合类（如列表、集合、数组等）中的元素，而无需暴露集合的内部结构。这可以让你在遍历过程中保持代码的清晰性和灵活性。
封装集合的底层实现：
迭代器模式可以将集合的底层实现与遍历操作分离开，从而让你可以更换或升级集合的底层实现，而不影响遍历代码。
支持不同的遍历方式：
如果你希望支持不同的遍历方式，例如前向、后向、跳跃等，你可以通过实现不同的迭代器来达到目的。
隐藏复杂的遍历逻辑：
如果集合中的元素存储方式比较复杂，或者遍历逻辑比较繁琐，你可以通过迭代器模式将这些复杂性隐藏起来，让客户端代码更加简洁。
支持多线程安全的遍历：
在多线程环境中，使用迭代器模式可以实现安全的遍历操作，避免多个线程同时访问集合造成的问题。
遍历数据库查询结果
当从数据库中获取查询结果时，你可以使用迭代器模式遍历查询结果集，从而逐个处理每条记录。
遍历文件系统目录：
在处理文件系统目录结构时，你可以使用迭代器模式遍历目录中的文件和子目录。
访问组合模式中的对象：
在组合模式中，你可以使用迭代器模式遍历组合对象中的叶子节点和容器节点。

迭代器模式的主要角色

迭代器接口（Iterator）：定义访问和遍历元素的方法，抽象出了迭代器的行为。
具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，负责实际遍历聚合对象的元素。
聚合接口（Aggregate）：定义获取迭代器的方法，抽象出聚合对象的行为
具体聚合（ConcreteAggregate）：实现聚合接口，负责创建具体的迭代器。

迭代器模式的java实现实例

java 复制代码

public class Book {
    private String title;

    public Book(String title) {
        this.title = title;
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }
}

java 复制代码

package cn.iterator.service;

import java.util.Iterator;

public class BookCollection implements Iterable<Book> {
    private Book[] books;
    private int size;

    public BookCollection(int capacity) {
        books = new Book[capacity];
        size = 0;
    }

    public void addBook(Book book) {
        if (size < books.length) {
            books[size++] = book;
        }
    }

    @Override
    public Iterator<Book> iterator() {
        return new BookIterator();
    }

    // 自定义迭代器
    private class BookIterator implements Iterator<Book> {
        private int currentIndex = 0;

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return currentIndex < size;
        }

        @Override
        public Book next() {
            return books[currentIndex++];
        }
    }
}

java 复制代码

public class Iterator {
    public static void main(String[] args) {
        BookCollection bookCollection = new BookCollection(3);
        bookCollection.addBook(new Book("Java Programming"));
        bookCollection.addBook(new Book("Design Patterns"));
        bookCollection.addBook(new Book("Data Structures"));
        // 使用迭代器遍历书籍集合
        for (Book book : bookCollection) {
            System.out.println("Book Title: " + book.getTitle());
        }
    }

}

当执行到

for(Book book : bookCollection)会有两步操作

1.判断是否有下一个数据

2.返回下一个数据

迭代器模式的优缺点

迭代器模式在许多情况下能够提供更好的代码组织和可维护性，但也需要权衡其引入的复杂性和性能问题。在设计时需要根据具体情况来判断是否使用迭代器模式以及如何使用

优点：

分离遍历逻辑
迭代器模式将遍历和访问元素的逻辑与聚合对象的具体实现分离开来，使客户端代码更加简洁，减少了与元素遍历相关的重复代码。
支持多种遍历方式：
通过实现不同的迭代器，可以轻松支持不同的遍历方式，如正向遍历、逆向遍历、跳跃遍历等，而不需要改变客户端代码。
隐藏聚合对象的内部结构：
迭代器模式可以将聚合对象的内部结构隐藏起来，提高了聚合对象的封装性和安全性，同时避免了直接暴露实现细节。
可替换性和灵活性：
由于客户端代码只依赖于迭代器接口，而不依赖于具体的聚合对象，因此可以轻松地替换不同的聚合对象和迭代器实现，以适应不同的需求和变化。
适用于各种聚合对象：
迭代器模式适用于各种聚合对象，无论是数组、链表、集合还是自定义的聚合类型，都可以通过实现迭代器来提供统一的遍历方式。

缺点：

增加了类的数量：
引入迭代器模式会增加额外的类和接口，从而增加了代码的复杂性，特别是对于简单的聚合对象而言，可能会显得过于繁琐。
可能引起性能问题：
在某些情况下，使用迭代器模式可能会引起性能问题，特别是在遍历大量数据时。迭代器模式需要维护迭代器对象，可能会造成一定的开销。
不适合每种情况：
尽管迭代器模式适用于大多数需要遍历聚合对象的情况，但并不是所有场景都适合使用。对于一些简单的遍历操作，直接使用循环可能更加简单直接。