迭代器模式/Iterator

迭代器模式/Iterator

意圖/適用場景：

迭代器模式的應用在Java語言中司空見慣。

迭代器(Iterator)與聚集(Aggregate)的概念密不可分。聚集是能夠包容一組對象的容器對象，不同種類的聚集組織這些對象的方式是不同的，即擁有不同的結構。

Java語言對聚集有良好的支持，Java聚集對象是實現了共同的java.util.Collection接口的對象，包括Vector、ArrayList、Queue、Stack、Hashtable、Hashmap等等。

迭代器的作用是把聚集中的內容轉換爲線性迭代的形式，這樣做的意圖有兩個：一是把非線性結構轉變爲線性結構的順序結構，方便使用者遍歷；二是把多種不同的聚集匯聚成統一的接口。

這裏描述的迭代器模式與《Java與模式》書中描述稍有不同。即在UML圖中，有意把User與聚集隔離開，這樣做的目的是突顯迭代器在聚集與用戶之間的過渡與轉換作用。而書中原圖則不能表明這一用意。

UML：

參與者：

1. 抽象迭代器(Iterator)：迭代器類的公共接口。
2. 具體迭代器(ConcreteIterator)：實現Iterator接口，並保持迭代過程中的遊標位置。
3. 聚集(Aggregate)：聚集類的公共接口，定義出創建迭代器的接口。
4. 具體聚集(ConcreteAggregate)：實現Aggregate接口，完成創建迭代器的方法。

要點：

迭代器的用法雖然常見，但實現起來卻有很多講究，這裏提及一些所需要考慮的方面，但不作詳細討論：

1. 正迭代與逆迭代：按照在迭代器中的索引順序，從低索引值到高索引值的迭代過程稱爲正迭代，從高索引值到低索引值的迭代過程稱爲逆迭代。
2. 寬接口與窄接口：如果一個聚集的接口提供了可以用來修改聚集元素的方法，這個接口就是寬接口；如果 一個聚集的接口沒有提供修改聚集元素的方法，這樣的接口就是窄接口。
3. 白盒聚集與黑盒聚集：如果一個聚集提供了訪問內部元素的接口，它就稱爲白盒聚集；如果一個聚集沒有向外界提供訪問自身內部元素的接口，就稱爲黑盒聚集。
4. 外部迭代器與內部迭代器：這一對概念與白/黑盒聚集相關。對於白盒聚集，迭代器的實現可以完全與該聚集的內部結構無關，因爲聚集提供了訪問內部元素的方法，迭代器只需要調用這些方法就可以實現訪問聚集元素的功能，這樣的迭代器稱爲外部迭代器。對於黑盒聚集，因爲聚集沒有提供訪問內部元素的方法，迭代器必須定義爲聚集的一個內部類（內部類仍然可以被外部對象訪問），這樣才能夠訪問聚集的元素，這樣的迭代器稱爲內部迭代器。
5. 主動迭代器和被動迭代器：這是相對於客戶端來說的。如果客戶端控制迭代的進程（如調用next()方法來移動遊標），這樣的迭代器就是主動迭代器；相反就是被動迭代器。
6. 靜態迭代器與動態迭代器：這一對概念涉及到同步的問題，稍微擴展一下。
   • 靜態迭代器持有聚集對象的一個快照，一旦產生後這個快昭的內容就不再變化，原聚集的內容可以被修改，對迭代器不會有影響，但是迭代器對象也就反映不現聚集的最新變化。
   • 靜態迭代的好處是安全性和簡單性，它易於實現。但壞處是它需要將原聚集複製一份，對時間和內存資源都有消耗，對於大型的聚集對象來說，成本會比較高。
   • 動態迭代器被產生之後，迭代器仍持有對聚集的引用，因此可以反映出聚集的最新情況。
   • 完整的動態迭代器實現起來比較困難，因爲要考慮同步與迭代器更新的問題。簡化的動態迭代器無法實現迭代器的即時更新，但是應該在聚集元素髮生變化時可以得到通知，這就引出另一個概念：Fail Fast。
7. Fail Fast：
   • 如果當一個算法開始之後，它的運算環境發生變化，使得算法無法進行必需的調整時，這個算法就應當立即發出故障信號。這就是Fail Fast的含義。
   • 如果聚集對象的元素在一個動態迭代器的迭代過程中變化時，迭代過程會受到影響而無法繼續，這時候，迭代器就應當立即拋出一個異常。這種迭代器就是實現了Fail Fast功能的迭代器。

示例代碼：

Iterator模式在Java類庫java.util.Collection中有很好的示例，這裏不同提供簡化的示例代碼。
只給出一個使用Iterator模式的代碼，用以明示這一模式的作用。

   [java]
// Source code from file:  User.java

package designPatterns.Iterator;

import java.util.*;

public class User {

public Iterator getIteratorFromHashMap() {
HashMap hashMap = new HashMap();
hashMap.put("One", new Integer(1));
hashMap.put("Two", new Integer(2));
hashMap.put("Three", new Integer(3));
return hashMap.keySet().iterator();
}

public Iterator getIteratorFromList() {
List list = new ArrayList();
list.add("One");
list.add("Two");
list.add("Three");
return list.iterator();
}

public static void main(String[] args) {
User user = new User();
Iterator iteratorFromHashMap = user.getIteratorFromHashMap();
Iterator iteratorFromList = user.getIteratorFromList();
while (iteratorFromHashMap.hasNext()){
System.out.println((String)iteratorFromHashMap.next());
}
while (iteratorFromList.hasNext()){
System.out.println((String)iteratorFromList.next());
}
}

}
[/java]