设计模式之迭代器模式：遍历的艺术与实现

引言

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种顺序访问聚合对象中各个元素的方法，而又不暴露其底层实现。迭代器模式将遍历逻辑与聚合对象解耦，使得我们可以用统一的方式处理不同的集合结构。本文将深入探讨迭代器模式的原理、实现方式以及实际应用场景，帮助你掌握这种优雅的遍历机制。

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1. 迭代器模式的核心概念

1.1 什么是迭代器模式？

迭代器模式是一种行为型设计模式，它通过提供统一的接口来顺序访问聚合对象中的元素，而不需要了解底层数据结构的具体实现。

1.2 迭代器模式的应用场景

• 统一遍历接口：需要为不同类型的集合提供统一的遍历方式

• 隐藏集合实现：不希望暴露集合内部结构给客户端

• 支持多种遍历：需要同时支持多种遍历方式（如前序、中序、后序）

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2. 迭代器模式的实现方式

2.1 基本结构

迭代器模式通常包含以下几个角色：

• 迭代器接口（Iterator）：定义遍历集合的接口

• 具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口

• 聚合接口（Aggregate）：定义创建迭代器的接口

• 具体聚合类（ConcreteAggregate）：实现聚合接口

2.2 代码示例

// 迭代器接口
public interface Iterator<T> {boolean hasNext();T next();
}// 聚合接口
public interface Aggregate<T> {Iterator<T> createIterator();
}// 具体聚合类
public class BookCollection implements Aggregate<String> {private String[] books = {"Design Patterns", "Clean Code", "Refactoring"};@Overridepublic Iterator<String> createIterator() {return new BookIterator();}// 具体迭代器（内部类）private class BookIterator implements Iterator<String> {private int index = 0;@Overridepublic boolean hasNext() {return index < books.length;}@Overridepublic String next() {if (hasNext()) {return books[index++];}throw new NoSuchElementException();}}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {Aggregate<String> collection = new BookCollection();Iterator<String> iterator = collection.createIterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());}}
}

3. 迭代器模式的最佳实践

3.1 封装遍历逻辑

• 单一职责：将遍历逻辑从集合类中分离出来

• 简化集合接口：保持集合接口的简洁性

3.2 支持多种遍历方式

• 前序/后序遍历：通过不同的迭代器实现

• 过滤迭代器：实现带过滤条件的遍历

3.3 线程安全考虑

• 快速失败机制：检测并发修改

• 不可变迭代器：返回集合的快照

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4. 迭代器模式的实际应用

4.1 树形结构遍历

// 二叉树节点
class TreeNode {int value;TreeNode left;TreeNode right;// 中序迭代器public Iterator<Integer> inOrderIterator() {return new InOrderIterator(this);}private static class InOrderIterator implements Iterator<Integer> {private Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();public InOrderIterator(TreeNode root) {pushLeft(root);}private void pushLeft(TreeNode node) {while (node != null) {stack.push(node);node = node.left;}}@Overridepublic boolean hasNext() {return !stack.isEmpty();}@Overridepublic Integer next() {TreeNode node = stack.pop();pushLeft(node.right);return node.value;}}
}

4.2 文件系统遍历

// 文件系统迭代器
public class FileSystemIterator implements Iterator<File> {private Queue<File> queue = new LinkedList<>();public FileSystemIterator(File root) {queue.offer(root);}@Overridepublic boolean hasNext() {return !queue.isEmpty();}@Overridepublic File next() {File current = queue.poll();if (current.isDirectory()) {File[] children = current.listFiles();if (children != null) {for (File child : children) {queue.offer(child);}}}return current;}
}

4.3 数据库结果集遍历

// 数据库结果集迭代器
public class ResultSetIterator implements Iterator<Map<String, Object>> {private ResultSet rs;private boolean hasNext;public ResultSetIterator(ResultSet rs) throws SQLException {this.rs = rs;this.hasNext = rs.next();}@Overridepublic boolean hasNext() {return hasNext;}@Overridepublic Map<String, Object> next() {try {Map<String, Object> row = new HashMap<>();ResultSetMetaData meta = rs.getMetaData();for (int i = 1; i <= meta.getColumnCount(); i++) {row.put(meta.getColumnName(i), rs.getObject(i));}hasNext = rs.next();return row;} catch (SQLException e) {throw new RuntimeException(e);}}
}

5. 迭代器模式的优缺点

5.1 优点

• 解耦集合与遍历逻辑

• 支持多种遍历方式

• 简化集合接口

• 可以暂停遍历过程

5.2 缺点

• 简单集合可能过度设计

• 性能开销（某些实现）

• 可能破坏封装（如果迭代器修改集合）

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结语

迭代器模式是处理集合遍历的优雅解决方案，它通过将遍历逻辑抽象出来，使得我们可以用统一的方式处理各种数据结构。掌握迭代器模式不仅能让你写出更清晰的代码，还能更好地理解Java集合框架的设计思想。希望本文能帮助你深入理解这一重要的设计模式！

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