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ArrayList中Iterator的研究学习

2019-04-24 18:41:40  阅读:295  来源: 互联网

标签:cursor 迭代 Iterator ArrayList remove next 学习 lastRet


       最近去某公司面试,被问到了一个简单的问题,ArrayList中要删除一些元素应该怎么操作?答曰:"使用Iterator迭代器遍历,判断之后再用迭代器提供的remove()方法将判断为true的元素删掉",问:“为什么要选择这个方法?”答曰:“迭代器采用的是fail-fast机制,foreach循环内部调用了迭代器,删除元素破坏了集合的结构,所以会报错”,追问:“为什么不能用for循环呢?没使用迭代器也应该可行啊?为什么迭代器又是可以的呢?” 答曰:“因为for循环删掉元素后会错位,至于迭代器是怎么解决这个问题的, 还真不知道...” 

       作为一名菜鸟,招架不了这么连珠炮般的提问,于是回去读了一遍关于Iterator的源码,简要的解析一番。本次学习过程大概是围绕这几个问题展开的:

 

       1、Iterator和Iterable的关系

         Iterator是java中的一个接口,定义了一系列方法。诸如hasNext()判定、next()取下一元素的值和remove()删除当前元素值。

         Iterable是java中的一个接口,定义了一个Iterator的实现类作为成员变量,也提供了for-each这个语法糖。                      正如它们的英文意思,Iterator规定了作为一个迭代器应该具有的方法,而Iterable则是规定了如果一个类可以被迭代,不仅要自己实现属于自己的迭代器,而且还附送一个for-each语法糖给程序员作为快捷手段。

   

         2、fail-fast机制   

  • 什么是fail-fast?
      The iterators returned by this class's {@link #iterator() iterator} and
 * {@link #listIterator(int) listIterator} methods are <em>fail-fast</em>:</a>
 * if the list is structurally modified at any time after the iterator is
 * created, in any way except through the iterator's own
 * {@link ListIterator#remove() remove} or
 * {@link ListIterator#add(Object) add} methods, the iterator will throw a
 * {@link ConcurrentModificationException}.  Thus, in the face of
 * concurrent modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather
 * than risking arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined
 * time in the future.

 

       这个官方解释已经非常明白了:为防止并发(可以理解为一切Iterator体系之外的方法)修改,迭代器一旦被调出来之后,任何除了Iterator类中定义的方法以外的方法(包括集合的clear、remove和add方法),对集合元素进行修改,都属于结构化的改变(无论是别的线程还是自己的线程),迭代器就会抛出ConcurrentModificationException的错误。这里的结构改变,确切的说指的是集合的size发生变化。(注意:并非是elementData这个数组的length发生改变,因为数组中的元素完全可以为null,length不变,而集合中这个元素删掉了,size就得减1)。  
  • 为什么会报错?

                  在这里就不贴代码了,直接上结果:

    • ArrayList提供了一个成员变量modCount,这个变量表示整个list被结构化修改的次数,初始值为0。
    • ArrayList的remove、add、clear方法执行的时候,内部会执行modCount++
    • ArrayList中的迭代器中提供一个成员变量expectedModCount,初始值为modCount,记录在迭代器被创建时的集合结构改变的次数。
    • 迭代器的next、remove方法在执行之前都会调用checkForModification方法判定expectedModCount与modCount之间是否相等,如果不相等,则抛出concurrentModificationException

                  这就可以解释为什么for-each不能在内部使用集合的删除方法了——因为它底层调用了Iterator的next方法进行遍历。

             

          3、为什么Iterator.remove()不会出现错位?

                  这也是Iterator设计的精髓所在。       

        private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // 即将取出的元素的角标
        int lastRet = -1; // 上一次取出的元素的角标

int expectedModCount = modCount; // Iterator创建时的改动初始值 public boolean hasNext() { return cursor != size; //判断是否还有下一位元素存在,该方法要实现持续遍历判断,必须要配合next()方法 } @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; // 更新cursor的值为下一轮判定做准备 return (E) elementData[lastRet = i]; // 给lastRet赋值,否则remove()方法报错 } public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { ArrayList.this.remove(lastRet); cursor = lastRet; //对cursor进行修正 lastRet = -1; //remove()方法不能连续执行,因为lastRet不合法,只能先执行next() expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } }
  • 将迭代器设计成内部类

         因为迭代器需要实现接口中操作对象的方法,而不同的对象其底层数据结构不同,因此迭代器的实现类需要根据对象的特点进行设计,也就是说迭代器只有在相应的对象中才有用,不如就在其内部定义得了。

  • 三个方法的全家桶
    • hasNext()方法
                    取cursor与size进行对比,用来判断是否还能继续遍历下去。             当cursor=size的时候,后续方法不管是next()遍历取值还是remove()删除都因为超界不能继续,所以此时判定依然没任何意义。
    • next()方法
             这个方法很简单,最终返回的即是elementData[lastRet]这个元素,即把当前的cursor对应的数据取出。值得注意的是
      • 在每次该方法执行的逻辑尾部cursor=cursor+1——使得hasNext()的遍历得以继续下去
      • 方法中引入了中间变量i,提前将cursor的值赋给i后,返值时又将i赋给lastRet——使得remove()顺利实现
    • remove()方法
      • 首先判定lastRet<0是否成立,如果成立则报错。Iterator强制我们在使用remove()方法之前要先进行next()方法为lastRet赋值,否则lastRet=-1,永远都是错误。
      • 在next()调用之后,lastRet被赋值上了cursor,调用ArrayList.this.remove(lastRet)的方法删掉对应的元素,完成删除。
      • 删除已经完成,再次将cursor=lastRet,最后lastRet=-1,为什么要设计成这样?
a、如果在遍历中删除元素,会重新创建底层数组,把旧数组的值拷贝到新的数组中,后续的元素全部进一位,这样原先next()中执行cursor=cursor+1的逻辑就乱套了,因为再次执行next()和remove()的时候我们会错过cursor位置的元素。因此,cursor也需要在每一次执行删除后得到修正,即cursor=lastRet,目的就是不要发生自增。 b、这里把lastRet设为-1的目的是为了阻止程序员在没有进行next()的情况下连续去remove(),只有再次执行next()之后,lastRet完成刷新,remove()方法才知道应该删除哪个元素。                这就解释了Iterator.remove()不会出现删除元素错位的现象,即若上次执行了删除,下次删除的仍是该位置的元素。                 

 

   4、总结

  • Iterator提供了一整套精密的流程,确保整个删除、取值的逻辑正确,环环相扣,缺了每一步都可能出错。

        hasNext()的目的是判定循环是否超界,next()的目的是提供向下取值,通过cursor=cursor+1相联系,两者组合即替代了传统的for循环遍历。

         next()和remove()也是按照顺序去执行的,通过lastRet=cursor、lastRet=-1和lastRet=i相联系的,两者组合确保了remove()方法顺利进行。 这三个方法就像齿轮一样,一环扣一环,非常精妙的设计。

  •  可以从迭代器的角度来证明ArrayList、Vector这些继承了 AbstractList的集合是非线程安全的。

         因为modCount这个成员变量存放了信息,所以不是线程安全的。试想多个线程都用迭代器去操作同一个对象,modCount发生改变,其余线程的迭代操作也会报错。     

          

            

 

          

       

标签:cursor,迭代,Iterator,ArrayList,remove,next,学习,lastRet
来源: https://www.cnblogs.com/mrpour/p/10764088.html

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