List (迭代器)

1 List的迭代

遍历是List中最常用的操作。说到遍历，就不得不提Java里的迭代器了。由于Java中数据容器众多，而对数据容器的操作在很多时候都具有极大的共性，于是Java采用了迭代器为各种容器提供公共的操作接口。使用Java的迭代器iterator可以使得对容器的遍历操作完全与其底层相隔离，可以到达极好的解耦效果。所以，我们不光要学会怎么使用迭代器，更重要的是，它是一个很好的例子，可以去体会Java的编程思想。拿List当一个切入点，先看看下面几段源码：

public interface List<E> extends Collection<E> {……}

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {……}

public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();
}

public interface Iterator<E> {
boolean hasNext();
E next();
void remove();
}

总结一下就是List接口继承了Collection接口，Collection接口继承了Iterable接口，Iterable接口返回一个Iterator，Iterator中只有三种方法：hasNext、next、remove。而在List接口中有一个对应的方法：

Iterator<E> iterator();

所以接下来我们就要看看ArrayList和LinkedList怎么实现iterator这个方法的。





所以，ArrayList返回迭代器的方法就是它本身的一个方法，而LinkedList返回迭代器的方法继承至抽象类AbstractSequentialList。而ArrayList的iterator()来至于它本身的方法。那么上面有提到两个抽象类，AbstractList和AbstractSequentialList，干啥子的咧？ 我们一起来扒一扒。

2 AbstractCollection

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {……}

此类提供 Collection 接口的骨干实现，以最大限度地减少了实现此接口所需的工作。

要实现一个不可修改的 collection，编程人员只需扩展此类，并提供 iterator 和 size 方法的实现。（iterator 方法返回的迭代器必须实现 hasNext 和 next。）

要实现可修改的 collection，编程人员必须另外重写此类的 add 方法（否则，会抛出 UnsupportedOperationException），iterator 方法返回的迭代器还必须另外实现其 remove 方法。

按照 Collection 接口规范中的建议，编程人员通常应提供一个 void （无参数）和 Collection 构造方法。

此类中每个非抽象方法的文档详细描述了其实现。如果要实现的 collection 允许更有效的实现，则可以重写这些方法中的每个方法。

3 AbstractList

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {……}

此类提供 List 接口的骨干实现，以最大限度地减少实现“随机访问”数据存储（如数组）支持的该接口所需的工作。对于连续的访问数据（如链表），应优先使用 AbstractSequentialList，而不是此类。

要实现不可修改的列表，编程人员只需扩展此类，并提供 get(int) 和 size() 方法的实现。

要实现可修改的列表，编程人员必须另外重写 set(int, E) 方法（否则将抛出 UnsupportedOperationException）。如果列表为可变大小，则编程人员必须另外重写 add(int, E) 和 remove(int) 方法。

按照 Collection 接口规范中的建议，编程人员通常应该提供一个 void（无参数）和 collection 构造方法。

与其他抽象 collection 实现不同，编程人员不必 提供迭代器实现；迭代器和列表迭代器由此类在以下“随机访问”方法上实现：get(int)、set(int, E)、add(int, E) 和 remove(int)。

此类中每个非抽象方法的文档详细描述了其实现。如果要实现的 collection 允许更有效的实现，则可以重写所有这些方法。

4 AbstractSequentialList

public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E> {……}

此类提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作。对于随机访问数据（如数组），应该优先使用 AbstractList，而不是先使用此类。

从某种意义上说，此类与在列表的列表迭代器上实现“随机访问”方法（get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)）的 AbstractList 类相对立，而不是其他关系。

要实现一个列表，程序员只需要扩展此类，并提供 listIterator 和 size 方法的实现即可。对于不可修改的列表，程序员只需要实现列表迭代器的 hasNext、next、hasPrevious、previous 和 index 方法即可。

对于可修改的列表，程序员应该再另外实现列表迭代器的 set 方法。对于可变大小的列表，程序员应该再另外实现列表迭代器的 remove 和 add 方法。

按照 Collection 接口规范中的推荐，程序员通常应该提供一个 void（无参数）构造方法和 collection 构造方法。

5 ArrayList

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{……}

public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}

/**
* An optimized version of AbstractList.Itr
*/
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor;       // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;

public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}

@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}

public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();

try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

所以，ArrayList是在抽象类AbstractList上创建的。虽然AbstractList中已经实现了iterator()，但是ArrayList还是对其进行了重写，也就是优化。

6 LinkedList

public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{……}

LinkedList并没有对iterator()进行重写，所以它的iterator()来至AbstractSequentialList，而AbstractSequentialList中的iterator()实际上也是继承于AbstractList的listIterator()。233333……这里又引出另一个原先被忽略的接口ListIterator。

7 ListIterator

列表迭代器，允许程序员按任一方向遍历列表、迭代期间修改列表，并获得迭代器在列表中的当前位置。ListIterator 没有当前元素；它的光标位置 始终位于调用 previous() 所返回的元素和调用 next() 所返回的元素之间。长度为 n 的列表的迭代器有 n+1 个可能的指针位置。

注意，remove() 和 set(Object) 方法不是 根据光标位置定义的；它们是根据对调用 next() 或 previous() 所返回的最后一个元素的操作定义的。

8 总结

上面看似讲了很多，实际上只是将Java Iterator的由来和几个接口和类之间的继承关系列了一下，主要是为了满足博主自己的好奇心。在使用上，迭代器是非常简单的，Java作为一个美丽的高级编程语言，使很多细节透明化了。使用时要注意一下两点：

8.1 遍历

在这里，我想强调的一点是：效率问题。ArrayList是数组，LinkedList是双向链表，get对于前者需O(1)，对于后者是O(N/2)；那么对于这样一段反复get的代码：

public static int sum1(List<Integer> list) {
int total = 0;
for(int i=0;i<list.size();i++){
total += list.get(i);
}
return total;
}

前者需O(N)，对于后者是O(N^2)，因为LinkeList的每一次get都需要沿着链表遍历一部分到指定index。（对于这一点如果不是很理解，可以参考博主的上一篇博客：/article/9915730.html）但是如果改用Iterator遍历，则不管是ArrayList还是LinkedList都只会遍历一次，都是O(N)：

public static int sum2(List<Integer> list) {
int total = 0;
int i = 0;
for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {
Integer integer = (Integer) iterator.next();
i = integer.intValue();
total += i;
}
return total;
}

或者这样写：

public static int sum3(List<Integer> list) {
int total = 0;
int i=0;
for (Integer integer : list) {
i = integer.intValue();
total += i;
}
return total;
}

foreach的原理也是利用Collection的迭代器，所以sum3实际上和sum2等价，而且代码更加简洁，所以推荐使用foreach写法。所以，在对容器进行遍历的时候，推荐使用迭代器。

8.2 迭代器的remove与容器的remove

ArrayList的remove：一次shift而已

public E remove(int index) {
rangeCheck(index);

modCount++;
E oldValue = elementData(index);

int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

return oldValue;
}

LinkedList的remove：通过部分遍历找到节点然后调整引用而已

public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}

ArrayList的Iterator的remove：调用ArrayList的remove，每次只能删除last element returned，而不是任意删除。删除之后会对expectedModCount进行维护，可以简单地理解为一种防止迭代器混乱的机制。

public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();

try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

LinkedList的Iterator的remove：

//AbstractSequentialList中
public E remove(int index) {
try {
ListIterator<E> e = listIterator(index);
E outCast = e.next();
e.remove();
return outCast;
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}

//LinkedList中
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}

private class ListItr implements ListIterator<E> {
private Node<E> lastReturned = null;
private Node<E> next;
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;

ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
…………………………
public void remove() {
checkForComodification();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException();
//ListIterator 没有当前元素；它的光标位置 始终位于调用 previous() 所返回的元素和调用 next() 所返回的元素之间。长度为 n 的列表的迭代器有 n+1 个可能的指针位置
Node<E> lastNext = lastReturned.next;
unlink(lastReturned);
if (next == lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = null;
expectedModCount++;
}
……………………
}

同样的，LinkedList的迭代器的remove会调用LinedList的unlink方法，然后会维护expectedModCount。

所以，关于迭代的一个需要注意的问题就是，在跌代器跌代的过程中不能用集合的remove，因为他会改变modCount这个指标，提示迭代器，集合已经发生改变，可能造成混乱，系统会报错。示例：



但是，如果用普通的for循环是可以的，只是效率上很低而已。不论是ArrayList还是LinkedList的remove的时间复杂度都是O(N)，如果进行removeEvensVer这样的操作，就要花费O(N^2)。这是不可取的。

如果使用迭代器的remove方法，则一次遍历即可。对于LinkedList，由于是找到了偶数节点才删除，所以一次remove花费常数时间，总过程花费线性时间。对于ArrayList，由于每次remove都需要shift，所以最好情况（一个为偶数的节点都没有）则花费O(N)；最坏情况（每个节点的值都是偶数），则花费O(N^2)；所以，就变为了一个性能与输入数据相关的算法，但总的来讲，比for循环遍历然后调用Collection的remove方法的效率要高。

综上所述：

遍历的List的时候建议使用foreach（迭代器）；

如果使用迭代器，在迭代过程中不能调用Collection的remove方法；

遍历情况下的删除操作建议使用迭代器的remove方法。