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）

创建 <<interface>> Aggregate +createIterator() : Iterator ConcreteAggregate -items: List +createIterator() : Iterator +size() : int +get(int) : Item <<interface>> Iterator +hasNext() : boolean +next() : Object ConcreteIterator -aggregate: ConcreteAggregate -position: int +hasNext() : boolean +next() : Object Client

三、代码实现示例

1. 自定义集合迭代器

java 复制代码

// 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();
    }
    
    @Override
    public 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;
    }
    
    @Override
    public boolean hasNext() {
        return position < bookShelf.size();
    }
    
    @Override
    public Book next() {
        Book book = bookShelf.getBook(position);
        position++;
        return book;
    }
    
    @Override
    public 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）

Client Iterator Aggregate createIterator() Iterator hasNext() true next() get(position) Item Item loop $while hasNext()$ hasNext() false Client Iterator Aggregate

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

实现 <<interface>> Iterable +iterator() : Iterator <<interface>> Iterator +hasNext() +next() +remove() <<interface>> ListIterator +hasPrevious() +previous() +add() +set() ArrayList +iterator() Collection List

九、高级应用技巧

1. 过滤迭代器（只返回符合条件的元素）

java 复制代码

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

java 复制代码

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

java 复制代码

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）

java 复制代码

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：

java 复制代码

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：

java 复制代码

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？

java 复制代码

// 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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