深入理解Java中的迭代器和枚舉器（包含快速失敗和安全失敗解析）

我在裏面補充了一些知識點和註解，不用你們去百度了。

迭代器模式：就是提供一種方法對一個容器對象中的各個元素進行訪問，而又不暴露該對象容器的內部細節。

概述

　　Java集合框架的集合類，我們有時候稱之爲容器。容器的種類有很多種，比如ArrayList、LinkedList、HashSet...，每種容器都有自己的特點，ArrayList底層維護的是一個數組；LinkedList是鏈表結構的；HashSet依賴的是哈希表，每種容器都有自己特有的數據結構。

　　因爲容器的內部結構不同，很多時候可能不知道該怎樣去遍歷一個容器中的元素。所以爲了使對容器內元素的操作更爲簡單，Java引入了迭代器模式！

　　把訪問邏輯從不同類型的集合類中抽取出來，從而避免向外部暴露集合的內部結構。

對於數組我們使用的是下標來進行處理的：

1 int array[] = new int[3];    
2 for (int i = 0; i < array.length; i++) {
3     System.out.println(array[i]);
4 }

對ArrayList的處理

1 List<String> list = new ArrayList<String>();
2        for(int i = 0 ; i < list.size() ;  i++){
3           String string = list.get(i);
4 }

　　對於這兩種方式，我們總是都知道它的內部結構，訪問代碼和集合本身是緊密耦合的，無法將訪問邏輯從集合類和客戶端代碼中分離出來。不同的集合會對應不同的遍歷方法，客戶端代碼無法複用。在實際應用中如何將上面兩個集合整合是相當麻煩的。所以纔有Iterator，它總是用同一種邏輯來遍歷集合。使得客戶端自身不需要來維護集合的內部結構，所有的內部狀態都由Iterator來維護。客戶端不用直接和集合進行打交道，而是控制Iterator向它發送向前向後的指令，就可以遍歷集合。

1.java.util.Iterator

下面讓我們看看Java中的Iterator接口是如何實現的

　　在Java中Iterator爲一個接口，它只提供了迭代的基本規則。在JDK中它是這樣定義的：對Collection進行迭代的迭代器。迭代器取代了Java Collection Framework中的Enumeration。迭代器與枚舉有兩點不同:

　　1. 迭代器在迭代期間可以從集合中移除元素。（也可以說迭代器比枚舉器多了一個刪除數據的方法，枚舉器只能獲取元素）

　　2. 方法名得到了改進，Enumeration的方法名稱都比較長。

3. Iterator支持fail-fast機制，而Enumeration不支持。（多線程時，對同一個集合，一邊遍歷，一邊添加刪除（這裏是說集合本身的增刪方法，不是指迭代器或枚舉器），迭代器會報錯，提示這樣做是線程不安全的；而枚舉器不會報錯，程序可以繼續執行）

其接口定義如下:

package java.util;
public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();//判斷是否存在下一個對象元素

    E next();//獲取下一個元素

    void remove();//移除元素
}

這裏要補充下枚舉器（Enumeration）的概念：

Enumeration是java.util中的一個接口類，在Enumeration中封裝了有關枚舉數據集合的方法，與Iterator差不多，用來遍歷集合中的元素，但是枚舉Enumeration只提供了遍歷Vector和Hashtable集合元素的功能，這種類型的集合對象通過調用elements()方法構造一個Enumeration對象，然後Enumeratino對象再調用以下方法來對集合中的元素進行遍歷。

hasMoreElements()：判斷Enumeration對象中是否還有數據

nextElement()：獲取Enumeration對象中的下一個數據

2.Iterable

　　Java中還提供了一個Iterable接口，Iterable接口實現後的功能是‘返回’一個迭代器，我們常用的實現了該接口的子接口有:Collection<E>、List<E>、Set<E>等。該接口的iterator()方法返回一個標準的Iterator實現。實現Iterable接口允許對象成爲Foreach語句的目標。就可以通過foreach語句來遍歷你的底層序列。

　　Iterable接口包含一個能產生Iterator對象的方法，並且Iterable被foreach用來在序列中移動。因此如果創建了實現Iterable接口的類，都可以將它用於foreach中。

Iterable接口的具體實現:

Package java.lang;

import java.util.Iterator;
public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

使用迭代器遍歷集合:

 1 public static void main(String[] args) {
 2         List<String> list = new ArrayList<String>();
 3         list.add("張三1");
 4         list.add("張三2");
 5         list.add("張三3");
 6         list.add("張三4");
 7         
 8         List<String> linkList = new LinkedList<String>();
 9         linkList.add("link1");
10         linkList.add("link2");
11         linkList.add("link3");
12         linkList.add("link4");
13         
14         Set<String> set = new HashSet<String>();
15         set.add("set1");
16         set.add("set2");
17         set.add("set3");
18         set.add("set4");
19         //使用迭代器遍歷ArrayList集合
20         Iterator<String> listIt = list.iterator();
21         while(listIt.hasNext()){
22             System.out.println(listIt.hasNext());
23         }
24         //使用迭代器遍歷Set集合
25         Iterator<String> setIt = set.iterator();
26         while(setIt.hasNext()){
27             System.out.println(listIt.hasNext());
28         }
29         //使用迭代器遍歷LinkedList集合
30         Iterator<String> linkIt = linkList.iterator();
31         while(linkIt.hasNext()){
32             System.out.println(listIt.hasNext());
33         }
34 }

使用foreach遍歷集合:

        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("張三1");
        list.add("張三2");
        list.add("張三3");
        list.add("張三4");
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }

　　可以看出使用foreach遍歷集合的優勢在於代碼更加的簡潔，更不容易出錯，不用關心下標的起始值和終止值。

3.Iterator遍歷時不可以刪除集合中的元素問題

　　在使用Iterator的時候禁止對所遍歷的容器進行改變其大小結構的操作。例如: 在使用Iterator進行迭代時，如果對集合進行了add、remove操作就會出現ConcurrentModificationException異常。

 1         List<String> list = new ArrayList<String>();
 2         list.add("張三1");
 3         list.add("張三2");
 4         list.add("張三3");
 5         list.add("張三4");
 6         
 7         //使用迭代器遍歷ArrayList集合
 8         Iterator<String> listIt = list.iterator();
 9         while(listIt.hasNext()){
10             Object obj = listIt.next();
11             if(obj.equals("張三3")){
12                 list.remove(obj);
13             }
14         }

　　因爲在你迭代之前，迭代器已經被通過list.itertor()創建出來了（迭代器中元素和集合中元素一一對應），如果在迭代的過程中，又對list進行了改變其容器大小的操作，那麼Java就會給出異常。因爲此時Iterator對象已經無法主動同步list做出的改變，Java會認爲你做出這樣的操作是線程不安全的，就會給出善意的提醒（拋出ConcurrentModificationException異常）

Iterator的實現源碼:　　

 1     private class Itr implements Iterator<E> {
 2         int cursor;       // index of next element to return
 3         int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
 4         int expectedModCount = modCount;
 5 
 6         public boolean hasNext() {
 7             return cursor != size;
 8         }
 9 
10         @SuppressWarnings("unchecked")
11         public E next() {
12             checkForComodification();
13             int i = cursor;
14             if (i >= size)
15                 throw new NoSuchElementException();
16             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
17             if (i >= elementData.length)
18                 throw new ConcurrentModificationException();
19             cursor = i + 1;
20             return (E) elementData[lastRet = i];
21         }
22 
23         public void remove() {
24             if (lastRet < 0)
25                 throw new IllegalStateException();
26             checkForComodification();
27 
28             try {
29                 ArrayList.this.remove(lastRet);
30                 cursor = lastRet;
31                 lastRet = -1;
32                 expectedModCount = modCount;
33             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
34                 throw new ConcurrentModificationException();
35             }
36         }
37 
38         final void checkForComodification() {
39             if (modCount != expectedModCount)
40                 throw new ConcurrentModificationException();
41         }
42     }

　　通過查看源碼發現原來檢查並拋出異常的是checkForComodification()方法。在ArrayList中modCount是當前集合的版本號，每次修改(增、刪)集合都會加1；expectedModCount是當前迭代器的版本號，在迭代器實例化時初始化爲modCount。我們看到在checkForComodification()方法中就是在驗證modCount的值和expectedModCount的值是否相等，所以當你在調用了ArrayList.add()或者ArrayList.remove()時，只更新了modCount的狀態，而迭代器中的expectedModCount未同步，因此纔會導致再次調用Iterator.next()方法時拋出異常。但是爲什麼使用Iterator.remove()就沒有問題呢？通過源碼的第32行發現，在Iterator的remove()中同步了expectedModCount的值，所以當你下次再調用next()的時候，檢查不會拋出異常。

　　使用該機制的主要目的是爲了實現ArrayList中的快速失敗機制（fail-fast），在Java集合中較大一部分集合是存在快速失敗機制的（java.util包下的集合類都是快速失敗的）。

　　快速失敗機制產生的條件:當多個線程對Collection進行操作時，若其中某一個線程通過Iterator遍歷集合時，該集合的內容被其他線程所改變，則會拋出ConcurrentModificationException異常。

　　所以要保證在使用Iterator遍歷集合的時候不出錯誤，就應該保證在遍歷集合的過程中不會對集合產生結構上的修改。

補充一個知識點：

安全失敗（fail—safe）

採用安全失敗機制的集合容器，在遍歷時不是直接在集合內容上訪問的，而是先複製原有集合內容，在拷貝的集合上進行遍歷。

原理：由於迭代時是對原集合的拷貝進行遍歷，所以在遍歷過程中對原集合所作的修改並不能被迭代器檢測到，所以不會觸發Concurrent Modification Exception。

缺點：基於拷貝內容的優點是避免了Concurrent Modification Exception，但同樣地，迭代器並不能訪問到修改後的內容，即：迭代器遍歷的是開始遍歷那一刻拿到的集合拷貝，在遍歷期間原集合發生的修改迭代器是不知道的。

場景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失敗，可以在多線程下併發使用，併發修改。

使用Foreach時對集合的結構進行修改會出現異常:

　　上面我們說了實現了Iterable接口的類就可以通過Foreach遍歷，那是因爲foreach要依賴於Iterable接口返回的Iterator對象，所以從本質上來講，Foreach其實就是在使用迭代器，在使用foreach遍歷時對集合的結構進行修改，和在使用Iterator遍歷時對集合結構進行修改本質上是一樣的。所以同樣的也會拋出異常，執行快速失敗機制。

　　foreach是JDK1.5新增加的一個循環結構，foreach的出現是爲了簡化我們遍歷集合的行爲。

for循環與迭代器的對比:

　　* 效率上各有各的優勢:

　　　　> ArrayList對隨機訪問比較快，而for循環中使用的get()方法，採用的即是隨機訪問的方法，因此在ArrayList裏for循環快。

　　　　> LinkedList則是順序訪問比較快，Iterator中的next()方法採用的是順序訪問方法，因此在LinkedList裏使用Iterator較快。

　　　　> 主要還是要依據集合的數據結構不同的判斷。

轉載：https://www.cnblogs.com/zyuze/p/7726582.html

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深入理解Java中的迭代器和枚舉器（包含快速失敗和安全失敗解析）

我在裏面補充了一些知識點和註解，不用你們去百度了。

迭代器模式：就是提供一種方法對一個容器對象中的各個元素進行訪問，而又不暴露該對象容器的內部細節。

概述

1.java.util.Iterator

這裏要補充下枚舉器（Enumeration）的概念：

2.Iterable

3.Iterator遍歷時不可以刪除集合中的元素問題

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