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Java进阶篇--迭代器模式_java迭代器模式

java迭代器模式

目录

同步迭代器(Synchronous Iterator):

Iterator 接口

常用方法:

注意:

扩展小知识:

异步迭代器(Asynchronous Iterator):

常用的方法

注意:

总结:

代码示例

示例一:

示例二:

示例三:


在Java中,可以根据迭代器的行为模式将其分为同步迭代器(Synchronous Iterator)和异步迭代器(Asynchronous Iterator)。它们是两种不同的迭代器模式,用于在遍历集合或序列时提供不同的行为方式。

同步迭代器(Synchronous Iterator):

同步迭代器是一种阻塞式的迭代器,它在处理当前元素时会等待操作完成后再返回下一个元素。在使用同步迭代器进行遍历时,每次调用next()方法,迭代器会检查当前元素是否已完成处理。如果当前元素仍在处理中,迭代器将阻塞等待,直到操作完成并返回下一个元素。

同步迭代器的优点是可以保证遍历顺序的正确性,因为每次只返回一个元素,并且等待前一个元素处理完成后才返回下一个元素。这在单线程环境或需要确保遍历顺序的场景中非常有用。Java标准库中的 Iterator 接口就是一种同步迭代器。

Iterator 接口

在程序开发中,经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求,Java专门提供了一个接口Iterator。Iterator接口也是集合中的一员,但它与Collection、Map接口有所不同。Collection接口与Map接口主要用于存储元素,而Iterator主要用于迭代访问(即遍历)Collection中的元素,因此Iterator对象也被称为迭代器。

Iterator迭代器对象在遍历集合时,内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素,为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理,接下来通过一个图例演示Iterator对象迭代元素的过程。

上图中,在调用Iterator的next()方法之前,迭代器的索引位于第一个元素之前,不指向任何元素,当第一次调用迭代器的next()方法后,迭代器的索引会向后移动一位,指向第一个元素并将该元素返回,当再次调用next()方法时,迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回,以此类推,直到hasNext()方法返回false,表示到达了集合的末尾,终止对元素的遍历。

常用方法:

  1. boolean hasNext(): 判断集合中是否还有下一个元素,如果有则返回true,否则返回false。
  2. E next(): 返回迭代器中的下一个元素,并将迭代器的指针向后移动一位。如果没有下一个元素,则抛出NoSuchElementException异常。
  3. void remove(): 从集合中删除迭代器最后一次返回的元素。注意,该方法只能在调用next方法之后且尚未再次调用remove方法时才能调用。如果在调用remove方法之前没有调用过next方法,或者在上一次调用next方法之后又调用了remove方法,则会抛出IllegalStateException异常。

Iterator接口提供了基本的遍历功能,可以通过循环结构配合使用hasNext和next方法来遍历集合中的元素。同时,可以使用remove方法在遍历过程中删除特定元素。

注意:

  1. 通过迭代器获取ArrayList集合中的元素时,这些元素的类型都是Object类型,如果想获取到特定类型的元素,则需要进行对数据类型强制转换。
  2. 在使用Iterator迭代集合时,避免直接在迭代期间修改集合结构,以免触发ConcurrentModificationException异常。

扩展小知识:

ConcurrentModificationException异常表示在迭代器运行期间,通过集合对象对集合进行了结构性修改(如添加或删除元素),导致迭代器的预期迭代次数与实际迭代次数不一致,从而抛出异常。

这个异常通常发生在使用普通的Iterator进行迭代时,而不是使用并发安全的迭代器(如ConcurrentHashMap的迭代器)。当你使用普通的Iterator进行迭代时,是不能在迭代过程中直接对集合进行结构性修改的,否则就会触发ConcurrentModificationException异常。

解决此异常的方法有两种:

  1. 使用Iterator的remove()方法:可以在迭代过程中调用Iterator的remove()方法来删除元素,它是唯一能够在迭代期间安全删除元素的方法。示例代码如下:
    1. Iterator<String> iterator = list.iterator();
    2. while (iterator.hasNext()) {
    3. String element = iterator.next();
    4. if (condition to remove element) {
    5. iterator.remove(); // 删除当前元素,不会抛出异常
    6. }
    7. }
  2. 使用并发安全的集合类:如果需要在迭代期间对集合进行修改操作,可以考虑使用并发安全的集合类,如CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap等。这些集合类提供了迭代器的安全性,并且允许在迭代期间进行修改操作。

所以,在使用Iterator迭代集合时,避免直接在迭代期间修改集合结构,以免触发ConcurrentModificationException异常。如果需要修改集合,请使用Iterator的remove()方法或并发安全的集合类来确保迭代器的正确性。

异步迭代器(Asynchronous Iterator):

异步迭代器是一种非阻塞式的迭代器,它在处理当前元素时不会等待操作完成而立即返回下一个元素。异步迭代器通常采用回调函数、事件通知或其他机制来进行处理结果的通知。

在使用异步迭代器进行遍历时,调用next()方法会立即返回下一个元素,并且可能会触发异步处理操作。迭代器会在后台或其他线程中进行元素的处理,当处理完成时,通过回调函数或事件通知机制将结果通知给使用者。

异步迭代器的优点是可以提高遍历效率和并发性能,因为它不需要等待当前元素的处理完成。这在多线程环境、异步编程或需要处理耗时操作的场景中非常有用。

常用的方法

  1. next(): 获取异步迭代器的下一个元素。此方法会返回一个CompletableFuture对象,我们可以通过该对象来获取异步操作的结果。
  2. hasNext(): 判断异步迭代器是否还有下一个元素。返回一个CompletableFuture<Boolean>对象,用于表示是否存在下一个元素。
  3. forEachRemaining(action): 对剩余的元素执行给定的操作,直到所有元素都已处理完毕或遇到异常。
  4. tryAdvance(action): 尝试对下一个元素执行给定的操作。如果存在下一个元素,则对其执行操作并返回true,否则返回false。
  5. close(): 关闭异步迭代器,释放相关资源。在使用完异步迭代器后,应该及时调用该方法以避免资源泄露。

注意:

同步迭代器和异步迭代器的选择要根据具体的需求和场景来决定。同步迭代器适合保证遍历顺序和单线程环境,而异步迭代器适合提高遍历效率和并发性能,但可能需要额外的异步处理机制。

总结:

同步迭代器是阻塞式的,等待当前元素处理完成后再返回下一个元素;异步迭代器是非阻塞式的,在处理当前元素时不等待操作完成而立即返回下一个元素,并通过回调或事件通知机制进行结果通知。在Java中,常见的迭代器是同步迭代器,但可以根据需要自定义或使用第三方库实现异步迭代器的功能。

代码示例

示例一:

同步迭代器代码示例(使用Iterator接口):

  1. import java.util.ArrayList;
  2. import java.util.Iterator;
  3. import java.util.List;
  4. public class Main {
  5. public static void main(String[] args) {
  6. // 创建一个空的列表
  7. List<String> list = new ArrayList<>();
  8. // 添加元素到列表
  9. list.add("Apple");
  10. list.add("Banana");
  11. list.add("Orange");
  12. // 获取集合的迭代器
  13. Iterator<String> iterator = list.iterator();
  14. // 循环遍历集合中的元素
  15. while (iterator.hasNext()) {
  16. // 获取下一个元素并移动迭代器指针
  17. String element = iterator.next();
  18. System.out.println(element);
  19. }
  20. }
  21. }

示例二:

异步迭代器代码示例:

  1. import java.util.concurrent.CompletableFuture;
  2. import java.util.concurrent.Executor;
  3. import java.util.concurrent.Executors;
  4. // 自定义异步迭代器接口
  5. interface AsyncIterator<T> {
  6. CompletableFuture<Boolean> hasNext(); // 异步判断是否存在下一个元素
  7. CompletableFuture<T> next(); // 异步获取下一个元素
  8. void close(); // 关闭迭代器,释放资源
  9. }
  10. // 异步迭代器实现类
  11. class SimpleAsyncIterator<T> implements AsyncIterator<T> {
  12. private final T[] elements; // 数据序列
  13. private int currentIndex; // 当前索引
  14. public SimpleAsyncIterator(T[] elements) {
  15. this.elements = elements;
  16. this.currentIndex = 0;
  17. }
  18. @Override
  19. public CompletableFuture<Boolean> hasNext() {
  20. return CompletableFuture.completedFuture(currentIndex < elements.length); // 完成时返回是否还有下一个元素的结果
  21. }
  22. @Override
  23. public CompletableFuture<T> next() {
  24. T element = elements[currentIndex]; // 获取当前元素
  25. currentIndex++; // 索引自增
  26. return CompletableFuture.completedFuture(element); // 完成时返回当前元素
  27. }
  28. @Override
  29. public void close() {
  30. // 可以在此释放相关资源
  31. }
  32. }
  33. public class Main {
  34. public static void main(String[] args) {
  35. // 创建数据序列
  36. Integer[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
  37. // 创建异步迭代器
  38. AsyncIterator<Integer> iterator = new SimpleAsyncIterator<>(numbers);
  39. // 创建线程池
  40. Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
  41. // 异步遍历和处理数据序列
  42. CompletableFuture.runAsync(() -> {
  43. while (true) {
  44. CompletableFuture<Boolean> hasNextFuture = iterator.hasNext();
  45. // 异步获取是否存在下一个元素
  46. hasNextFuture.thenCompose(hasNext -> {
  47. if (hasNext) {
  48. // 异步获取下一个元素并处理
  49. CompletableFuture<Integer> nextFuture = iterator.next();
  50. nextFuture.thenAcceptAsync(Main::processData, executor);
  51. } else {
  52. // 处理完所有元素后关闭迭代器
  53. iterator.close();
  54. }
  55. return CompletableFuture.completedFuture(null);
  56. }).join(); // 阻塞等待完成
  57. }
  58. }, executor);
  59. }
  60. // 数据处理方法示例
  61. private static void processData(Integer data) {
  62. System.out.println("正在处理数据: " + data);
  63. // 具体的数据处理逻辑
  64. }
  65. }

示例三:

综合同步迭代器和异步迭代器代码示例:

  1. import java.util.Iterator;
  2. import java.util.NoSuchElementException;
  3. // 同步迭代器
  4. class SynchronousIterator implements Iterator<Integer> {
  5. private int[] array; // 存储数据的数组
  6. private int index; // 当前迭代位置
  7. public SynchronousIterator(int[] array) {
  8. this.array = array;
  9. this.index = 0;
  10. }
  11. // 检查是否还有下一个元素
  12. @Override
  13. public boolean hasNext() {
  14. return index < array.length; // 当前位置是否小于数组长度
  15. }
  16. // 返回下一个元素,并将迭代器指针向后移动一位
  17. @Override
  18. public Integer next() {
  19. if (hasNext()) { // 如果还有下一个元素
  20. int element = array[index]; // 获取当前位置的元素
  21. index++; // 将迭代器指针向后移动一位
  22. return element; // 返回当前元素
  23. }
  24. throw new NoSuchElementException(); // 抛出异常表示没有下一个元素
  25. }
  26. }
  27. // 异步迭代器
  28. class AsynchronousIterator implements Iterator<Integer> {
  29. private int[] array; // 存储数据的数组
  30. private int index; // 当前迭代位置
  31. public AsynchronousIterator(int[] array) {
  32. this.array = array;
  33. this.index = 0;
  34. }
  35. // 检查是否还有下一个元素
  36. @Override
  37. public boolean hasNext() {
  38. // 在此处可以进行异步操作,例如请求远程数据或执行耗时任务
  39. // 返回 true 表示还有元素,返回 false 表示迭代结束
  40. return index < array.length; // 当前位置是否小于数组长度
  41. }
  42. // 返回下一个元素,并将迭代器指针向后移动一位
  43. @Override
  44. public Integer next() {
  45. if (hasNext()) { // 如果还有下一个元素
  46. int element = array[index]; // 获取当前位置的元素
  47. index++; // 将迭代器指针向后移动一位
  48. return element; // 返回当前元素
  49. }
  50. throw new NoSuchElementException(); // 抛出异常表示没有下一个元素
  51. }
  52. }
  53. // 示例用法
  54. public class Main {
  55. public static void main(String[] args) {
  56. int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 定义一个整数数组作为数据源
  57. // 同步迭代器示例
  58. Iterator<Integer> syncIterator = new SynchronousIterator(numbers);
  59. while (syncIterator.hasNext()) { // 遍历迭代器中的元素
  60. Integer number = syncIterator.next(); // 获取当前元素
  61. System.out.println(number); // 输出当前元素
  62. }
  63. // 异步迭代器示例
  64. Iterator<Integer> asyncIterator = new AsynchronousIterator(numbers);
  65. while (asyncIterator.hasNext()) { // 遍历迭代器中的元素
  66. Integer number = asyncIterator.next(); // 获取当前元素
  67. System.out.println(number); // 输出当前元素
  68. }
  69. }
  70. }
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