Java设计模式再相识 (二十)——迭代器模式

在开发中，我们经常需要遍历某些集合，例如遍历购物车中的商品、遍历数据库返回的结果、遍历某个目录下的所有文件等。如果不使用统一的遍历方式，我们就得手动维护下标或者暴露集合的内部结构，不仅繁琐，还容易出错。

那么有没有一种方法，可以在不暴露集合内部结构的前提下，提供一种统一的遍历机制？

答案就是使用 迭代器模式（Iterator）。

什么是迭代器模式？

迭代器模式 是一种行为型设计模式，它提供了一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。

你可以把它理解为“遍历器”或者“游标”，只负责顺序地访问元素，让使用者专注于“遍历”，而不是集合内部的实现细节。

迭代器模式的结构组成

迭代器模式的核心由四部分组成：

Iterator（抽象迭代器）：定义遍历集合元素的方法，如 hasNext()、next()。
ConcreteIterator（具体迭代器）：实现迭代器接口，记录当前遍历位置。
Aggregate（抽象聚合）：定义获取迭代器的方法。
ConcreteAggregate（具体聚合）：实现聚合接口，返回一个具体迭代器实例。

实际场景举例

我们以一个“书架（BookShelf）”的例子来理解。书架上可以放很多本书，我们要遍历每一本书的信息。这个过程不应该暴露书架底层的存储方式（比如是数组还是 List），只需要关注怎么一一获取书。

代码实现

1. 抽象迭代器接口 `Iterator`

public interface Iterator {
    boolean hasNext();   // 是否还有下一个元素
    Object next();       // 获取下一个元素
}

2. 聚合接口 `BookCollection`

public interface BookCollection {
    Iterator getIterator();  // 获取一个迭代器
}

3. 具体聚合类 `BookShelf`

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class BookShelf implements BookCollection {
    private List<String> books = new ArrayList<>();

    public void addBook(String name) {
        books.add(name);
    }

    public String getBookAt(int index) {
        return books.get(index);
    }

    public int getSize() {
        return books.size();
    }

    @Override
    public Iterator getIterator() {
        return new BookShelfIterator(this);
    }
}

4. 具体迭代器类 `BookShelfIterator`

public class BookShelfIterator implements Iterator {
    private BookShelf bookShelf;
    private int index = 0;

    public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {
        this.bookShelf = bookShelf;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return index < bookShelf.getSize();
    }

    @Override
    public Object next() {
        return bookShelf.getBookAt(index++);
    }
}

5. 客户端调用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BookShelf bookShelf = new BookShelf();
        bookShelf.addBook("设计模式");
        bookShelf.addBook("重构");
        bookShelf.addBook("Java编程思想");

        Iterator iterator = bookShelf.getIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println("书籍：" + iterator.next());
        }
    }
}

输出结果

书籍：设计模式
书籍：重构
书籍：Java编程思想

小结

在本节中，我们通过书架的例子学习了迭代器模式。它将集合内部结构与遍历逻辑进行了解耦，让我们可以优雅、安全地遍历集合元素。

这个设计思想与 Java 的 Iterator 接口、ListIterator、Enumeration 非常类似。

迭代器模式的优缺点

优点

解耦聚合对象和遍历操作，符合单一职责原则。
支持多种不同方式的遍历，如从前往后、从后往前、按条件过滤等。
统一接口，让使用者不必关心集合的内部结构。

缺点

每增加一个新的集合类型或遍历方式，就可能需要额外实现一个迭代器，导致类数量增多。
对于大数据量或并发修改的集合，可能涉及额外的性能和一致性处理。

典型应用场景

Java 集合类中的迭代器（Iterator、ListIterator）
数据库结果集遍历（ResultSet）
内部数据结构不可公开但需要对外遍历的场景