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Java源码分析:Iterator模式的深入探讨_a

2020-01-16 18:36:59来源:励志吧0次阅读

java.util包中包含了一系列重要的类。本文将从分析源码入手,深入研究一个类的内部结构,以及遍历的迭代模式的源码实现内幕。 下面我们先简单讨论一个根接口Collection,然后分析一个抽象类AbstractList和它的对应Iterator接口,并仔细研究迭代子模式的实现原理。 本文讨论的源代码版本是JDK 1.4.2,因为JDK 1.5在java.util中使用了很多泛型代码,为了简化问题,所以我们还是讨论1.4版本的代码。 类的根接口Collection Collection接口是所有类的根类型。它的一个主要的接口方法是: boolean add(Object c) add()方法将添加一个新元素。注意这个方法会返回一个boolean,但是返回值不是表示添加成功与否。仔细阅读doc可以看到,Collection规定:如果一个拒绝添加这个元素,无论任何原因,都必须抛出异常。这个返回值表示的意义是add()方法执行后,的内容是否改变了(就是元素有无数量,位置等变化),这是由具体类实现的。即:如果方法出错,总会抛出异常;返回值仅仅表示该方法执行后这个Collection的内容有无变化。 类似的还有: boolean addAll(Collection c); boolean remove(Object o); boolean removeAll(Collection c); boolean remainAll(Collection c); Object[] toArray()方法很简单,把转换成数组返回。Object[] toArray(Object[] a)方法就有点复杂了,首先,返回的Object[]仍然是把的所有元素变成的数组,但是类型和参数a的类型是相同的,比如执行: String[] o = (String[])c.toArray(new String[0]); 得到的o实际类型是String[]。 其次,如果参数a的大小装不下的所有元素,返回的将是一个新的数组。如果参数a的大小能装下的所有元素,则返回的还是a,但a的内容用的元素来填充。尤其要注意的是,如果a的大小比元素的个数还多,a后面的部分全部被置为null。 最后一个最重要的方法是iterator(),返回一个Iterator(迭代子),用于遍历的所有元素。 用Iterator模式实现遍历 Iterator模式是用于遍历类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的类中抽象出来,从而避免向客户端暴露的内部结构。 例如,如果没有使用Iterator,遍历一个数组的方法是使用索引: for(int i=0; i而访问一个链表(LinkedList)又必须使用while循环: while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... } 以上两种方法客户端都必须事先知道的内部结构,访问代码和本身是紧耦合,无法将访问逻辑从类和客户端代码中分离出来,每一种对应一种遍历方法,客户端代码无法复用。 更恐怖的是,如果以后需要把ArrayList更换为LinkedList,则原来的客户端代码必须全部重写。 为解决以上问题,Iterator模式总是用同一种逻辑来遍历: for(Iterator it = c.iterater(); it.hasNext(); ) { ... } 奥秘在于客户端自身不维护遍历的"指针",所有的内部状态(如当前元素位置,是否有下一个元素)都由Iterator来维护,而这个Iterator由类通过工厂方法生成,因此,它知道如何遍历整个。 客户端从不直接和类打交道,它总是控制Iterator,向它发送"向前","向后","取当前元素"的命令,就可以间接遍历整个。 首先看看java.util.Iterator接口的定义: public interface Iterator { boolean hasNext(); Object next(); void remove(); } 依赖前两个方法就能完成遍历,典型的代码如下: for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) { Object o = it.next(); // 对o的操作... } 在JDK1.5中,还对上面的代码在语法上作了简化: // Type是具体的类型,如String。 for(Type t : c) { // 对t的操作... } 每一种类返回的Iterator具体类型可能不同,Array可能返回ArrayIterator,Set可能返回SetIterator,Tree可能返回TreeIterator,但是它们都实现了Iterator接口,因此,客户端不关心到底是哪种Iterator,它只需要获得这个Iterator接口即可,这就是面向对象的威力。 Iterator源码剖析 让我们来看看AbstracyList如何创建Iterator。首先AbstractList定义了一个内部类(inner class): private class Itr implements Iterator { ... } 而iterator()方法的定义是: public Iterator iterator() { return new Itr(); } 因此客户端不知道它通过Iterator it = a.iterator();所获得的Iterator的真正类型。 现在我们关心的是这个申明为private的Itr类是如何实现遍历AbstractList的: private class Itr implements Iterator { int cursor = 0; int lastRet = -1; int expectedModCount = modCount; } Itr类依靠3个int变量(还有一个隐含的AbstractList的引用)来实现遍历,cursor是下一次next()调用时元素的位置,第一次调用next()将返回索引为0的元素。lastRet记录上一次游标所在位置,因此它总是比cursor少1。 变量cursor和的元素个数决定hasNext(): public boolean hasNext() { return cursor != size(); } 方法next()返回的是索引为cursor的元素,然后修改cursor和lastRet的值: public Object next() { checkForComodification(); try { Object next = get(cursor); lastRet = cursor++; return next; } catch(IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } expectedModCount表示期待的modCount值,用来判断在遍历过程中是否被修改过。AbstractList包含一个modCount变量,它的初始值是0,当每被修改一次时(调用add,remove等方法),modCount加1。因此,modCount如果不变,表示内容未被修改。 Itr初始化时用expectedModCount记录的modCount变量,此后在必要的地方它会检测modCount的值: final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } 如果modCount与一开始记录在expectedModeCount中的值不等,说明内容被修改过,此时会抛出 ConcurrentModificationException。 这个ConcurrentModificationException是RuntimeException,不要在客户端捕获它。如果发生此异常,说明程序代码的编写有问题,应该仔细检查代码而不是在catch中忽略它。 但是调用Iterator自身的remove()方法删除当前元素是完全没有问题的,因为在这个方法中会自动同步expectedModCount和modCount的值: public void remove() { ... AbstractList.this.remove(lastRet); ... // 在调用了的remove()方法之后重新设置了expectedModCount: expectedModCount = modCount; ... } 要确保遍历过程顺利完成,必须保证遍历过程中不更改的内容(Iterator的remove()方法除外),因此,确保遍历可靠的原则是只在一个线程中使用这个,或者在多线程中对遍历代码进行同步。 最后给个完整的示例: Collection c = new ArrayList(); c.add("abc"); c.add("xyz"); for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) { String s = (String)it.next(); System.out.println(s); } 如果你把第一行代码的ArrayList换成LinkedList或Vector,剩下的代码不用改动一行就能编译,而且功能不变,这就是针对抽象编程的原则:对具体类的依赖性最小。

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