如何进行Iterator中的Itr类的分析

发布时间：2021-12-08 15:13:20 作者：柒染
来源：亿速云阅读：187

# 如何进行Iterator中的Itr类的分析

## 引言
在Java集合框架中，`Iterator`是一个至关重要的接口，它提供了一种标准化的方式来遍历集合中的元素。而`Itr`类作为`Iterator`接口的典型实现（常见于`ArrayList`等集合的内部类），其设计理念和实现细节值得深入分析。本文将系统性地剖析`Itr`类的实现机制，涵盖以下核心内容：

1. Iterator接口与Itr类的关系
2. Itr类的源码结构解析
3. 关键方法实现原理
4. 快速失败（fail-fast）机制
5. 典型使用场景与注意事项

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## 一、Iterator接口与Itr类的关系

### 1.1 Iterator接口定义
```java
public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }
    // Java 8新增的forEachRemaining方法
    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {...}
}

1.2 Itr类的定位

Itr是集合类（如ArrayList）中实现的Iterator接口的内部类，典型结构如下：

private class Itr implements Iterator<E> {
    // 具体实现代码
}

设计特点： - 作为非静态内部类，天然持有外部类引用 - 直接访问集合的底层数据存储（如ArrayList的elementData数组） - 实现线程不安全的快速遍历

二、Itr类的源码结构解析（以ArrayList.Itr为例）

2.1 核心字段

int cursor;       // 下一个要返回的元素索引
int lastRet = -1; // 最近返回的元素索引（删除时使用）
int expectedModCount = modCount; // 并发修改检查

字段说明： - cursor：类似于指针的概念，初始值为0 - lastRet：初始-1表示尚未开始遍历或刚执行过删除 - expectedModCount：实现fail-fast机制的关键

2.2 方法实现分析

2.2.1 hasNext()

public boolean hasNext() {
    return cursor != size; // 直接比较游标与集合大小
}

时间复杂度：O(1)

2.2.2 next()

public E next() {
    checkForComodification(); // 并发修改检查
    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]; // 注意lastRet的更新
}

关键点： 1. 每次调用都会检查modCount 2. 边界条件双重验证（size和数组长度） 3. 同时更新cursor和lastRet

2.2.3 remove()

public void remove() {
    if (lastRet < 0)
        throw new IllegalStateException();
    checkForComodification();
    try {
        ArrayList.this.remove(lastRet); // 调用外部类方法
        cursor = lastRet; // 游标回退
        lastRet = -1;      // 重置状态
        expectedModCount = modCount; // 更新修改计数
    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

注意事项： - 必须在next()后调用（lastRet >= 0） - 不能连续调用两次remove() - 会主动同步expectedModCount

三、快速失败（fail-fast）机制实现

3.1 检查逻辑

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

3.2 触发场景

操作类型	集合方法	迭代器方法
结构修改	add/remove/clear	remove()
非结构修改	set/get	无影响

示例代码：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A","B"));
Iterator<String> it = list.iterator();
list.add("C");  // 修改modCount
it.next();      // 抛出ConcurrentModificationException

四、典型使用模式分析

4.1 标准遍历范式

Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
    String item = it.next();
    // 处理元素
    if(needRemove) {
        it.remove(); // 安全删除
    }
}

4.2 常见误区

遍历中直接操作集合：

// 错误示范
for(String s : list) {
   if(s.equals("X")) 
       list.remove(s); // 抛出异常
}

多次调用remove()：

it.remove();
it.remove(); // IllegalStateException

五、性能优化思考

5.1 与for循环对比

比较维度	Iterator	for循环
随机访问	不支持	支持
删除操作	安全	需手动处理
并行集合	必须使用	不适用

5.2 设计启示

状态记录：通过cursor和lastRet维护遍历状态
防御式编程：频繁的边界检查和并发检查
职责分离：迭代逻辑与集合存储解耦

六、扩展思考：其他集合的Iterator实现

6.1 LinkedList的ListItr

基于节点遍历而非数组索引
额外实现previous()等双向操作

6.2 HashMap的EntryIterator

需要处理哈希桶的遍历
跳过空桶提升效率

结语

通过对Itr类的深度分析，我们可以理解： 1. 迭代器模式在集合框架中的经典实现 2. fail-fast机制的具体实现方式 3. 安全遍历集合的最佳实践

在并发场景下，建议使用CopyOnWriteArrayList或ConcurrentHashMap等线程安全集合的迭代器实现，它们采用了不同的并发控制策略。

最佳实践提示：在Java 8+环境中，优先考虑forEach()+lambda表达式的方式遍历集合，既能保证简洁性，又能避免显式迭代器操作的潜在问题。

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