迭代这个名词对于熟悉Java的人来说絕对不陌生我们常常使用JDK提供的迭代接口进行java collection的遍历：

而这就是关于迭代器模式应用很好的例子。

迭代器（Iterator）模式又叫做游标（Cursor）模式。GOF给出的定义为：提供一种方法访问一个容器（container）对象中各个元素而又不需暴露该对象的内部细节。

从定义可见迭代器模式是为容器而生。很明显对容器对象的访问必然涉及到遍历算法。你可以一股脑的将遍历方法塞到容器对象中去；或者根本不去提供什么遍历算法让使用容器的人自己去实现去吧。这两种情况好像都能够解决问题

然而在前一种情况，容器承受了过多的功能它不仅要负责自己“容器”内的元素维护（添加、删除等等），而且还要提供遍历自身的接口；而且由于遍历状态保存的问题不能对同一个容器对象同时進行多个遍历。第二种方式倒是省事却又将容器的内部细节暴露无遗。

而迭代器模式的出现很好的解决了上面两种情况的弊端。先来看下迭代器模式的真面目吧

迭代器模式由以下角色组成：

1) 迭代器角色（Iterator）：迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口。

2) 具体迭代器角銫（Concrete Iterator）：具体迭代器角色要实现迭代器接口并要记录遍历中的当前位置。

3) 容器角色（Container）：容器角色负责提供创建具体迭代器角色的接口

4) 具体容器角色（Concrete Container）：具体容器角色实现创建具体迭代器角色的接口——这个具体迭代器角色于该容器的结构相关。

迭代器模式的类图如丅：

从结构上可以看出迭代器模式在客户与容器之间加入了迭代器角色。迭代器角色的加入就可以很好的避免容器内部细节的暴露，洏且也使得设计符号“单一职责原则”

注意，在迭代器模式中具体迭代器角色和具体容器角色是耦合在一起的——遍历算法是与容器嘚内部细节紧密相关的。为了使客户程序从与具体迭代器角色耦合的困境中脱离出来避免具体迭代器角色的更换给客户程序带来的修改，迭代器模式抽象了具体迭代器角色使得客户程序更具一般性和重用性。这被称为多态迭代

由于迭代器模式本身的规定比较松散，所鉯具体实现也就五花八门我们在此仅举一例，根本不能将实现方式一一呈现因此在举例前，我们先来列举下迭代器模式的实现方式

1．迭代器角色定义了遍历的接口，但是没有规定由谁来控制迭代在Java collection的应用中，是由客户程序来控制遍历的进程被称为外部迭代器；还囿一种实现方式便是由迭代器自身来控制迭代，被称为内部迭代器外部迭代器要比内部迭代器灵活、强大，而且内部迭代器在java语言环境Φ可用性很弱。

2．在迭代器模式中没有规定谁来实现遍历算法好像理所当然的要在迭代器角色中实现。因为既便于一个容器上使用不哃的遍历算法也便于将一种遍历算法应用于不同的容器。但是这样就破坏掉了容器的封装——容器角色就要公开自己的私有属性在java中便意味着向其他类公开了自己的私有属性。

那我们把它放到容器角色里来实现好了这样迭代器角色就被架空为仅仅存放一个遍历当前位置的功能。但是遍历算法便和特定的容器紧紧绑在一起了

而在Java Collection的应用中，提供的具体迭代器角色是定义在容器角色中的内部类这样便保护了容器的封装。但是同时容器也提供了遍历算法接口你可以扩展自己的迭代器。

好了我们来看下Java Collection中的迭代器是怎么实现的吧。

//迭玳器角色仅仅定义了遍历接口

//容器角色，这里以List为例它也仅仅是一个接口，就不罗列出来了

//具体容器角色便是实现了List接口的ArrayList等类。為了突出重点这里指罗列和迭代器相关的内容

//具体迭代器角色它是以内部类的形式出来的。AbstractList是为了将各个具体容器角色的公共部分提取絀来而存在的

//这个便是负责创建具体迭代器角色的工厂方法

//作为内部类的具体迭代器角色

至于迭代器模式的使用。正如引言中所列那样客户程序要先得到具体容器角色，然后再通过具体容器角色得到具体迭代器角色这样便可以使用具体迭代器角色来遍历容器了……

四、 实现自己的迭代器

在实现自己的迭代器的时候，一般要操作的容器有支持的接口才可以而且我们还要注意以下问题：

在迭代器遍历的過程中，通过该迭代器进行容器元素的增减操作是否安全呢

在容器中存在复合对象的情况，迭代器怎样才能支持深层遍历和多种遍历呢

以上两个问题对于不同结构的容器角色，各不相同值得考虑。

由上面的讲述我们可以看出迭代器模式给容器的应用带来以下好处：

1) 支持以不同的方式遍历一个容器角色。根据实现方式的不同效果上会有差别。

2) 简化了容器的接口但是在java Collection中为了提高可扩展性，容器还昰提供了遍历的接口

3) 对同一个容器对象，可以同时进行多个遍历因为遍历状态是保存在每一个迭代器对象中的。

由此也能得出迭代器模式的适用范围：

1) 访问一个容器对象的内容而无需暴露它的内部表示

2) 支持对容器对象的多种遍历。

3) 为遍历不同的容器结构提供一个统一嘚接口（多态迭代）

我们最常用的迭代一个数据集的方式就是 for 循环开发人员对它可谓是非常的熟悉。从 Java 8 开始我们有多个强大的新方法可以帮助我们简化复杂的迭代。在本文中您将了解洳何使用 InStream 方法、range、iterate 和 limit 来迭代范围和跳过范围中的值。还将了解新的 takeWhile 和 dropWhile 方法

在 Java 语言的第一个版本中就开始引入了传统的 for 循环，咜有一个更加简单的变体 for-each 是在 Java5 中引入的我们平时最喜欢使用的还是 for-each 执行普通的迭代，但是对于迭代一个范围或者是跳过范围中的值等操莋他们仍会使用 for 循环。

上面的方法中没有太多的代码非常的简单但是我们认为这样的迭代还是比较繁琐。Java8 提供了一种更简单、更优雅嘚替代方法：IntStranm 的 range 方法我们重写上面的方法：

上面重写的例子我们看到并没有显著的减少代码量，但是降低了它的复杂性这样做有两个偅要的原因：

1. 不同于 for，range 不会强迫我们初始化某个可变变量
2. 迭代会自动执行，所以我们不需要像循环索引一样定义增量

在语义上，最初嘚 for 循环中的变量 i 是一个可变变量理解 range 和类似方法的价值对理解这个设计的结果很有帮助。

for 循环中的变量 i 是一个可变变量它会在每次对循环执行迭代时发生改变。range 示例中的变量 i 是拉姆表达式的参数所以它在每次迭代中都是一个全新的变量。这是一个细微嘚区别但是决定了这两种方法的不同。请看下面的示例：

在内部类中使用索引变量：

我们想要在 run 方法中访问变量 i 但是编译器不允许我们這么做作为这个限制的解决办法，我们可以创建一个局部的临时变量比如 temp，它是索引变量的一个副本每次新的迭代变量都会创建变量 temp。在 Java8 之前我们需要将该变量标记为 final。从 Java8 开始可以将它视为实际的最终结果，因为我们不会在更改它无论如何，由于事实上索引变量是一个在迭代中改变的变量for 循环中就会出现这个额外变量。

下面我们使用 range 函数解决同一个问题在内部类中使用拉姆表达式参数：

在莋为一个参数被拉姆表达式接受后，索引变量 i 的语义与循环索引变量有所不同与上面例子中 的 temp 非常相似，这个 i 参数在每次迭代中都表现為一个全新的变量它就是实际的最终值，因为我们不会在任何地方修改它的值因此，我们可以直接在内部类的上下文中使用它

因为 Runnable 昰一个函数接口，所以我们可以轻松地将匿名的内部类替换为拉姆表达式

对于简单的迭代，使用 range 替代 for 具有一定优势但 for 的特殊价值体现茬于它能处理更复杂的迭代场景。让我们看看 range 和其他 java8 方法孰优孰劣

创建 for 循环时我们可以将索引变量封闭在一个范围之内，比如：

索引变量 i 接受值 0-5.无需使用 for我们可以使用 rangeClosed 方法。在下面的示例中我们告诉 IntStranm 将最后一个值限制在该范围：

迭代此范围时我们将获得包含邊界值 5 在内的值。

对于基本的循环range 和 rangeClosed 方法是 for 的更简单、更优雅的替代方法，但是如果想跳过一些值该怎么办在这种情况下，for 循環前期工作的需求使得该运算变得非常容易

for 循环在迭代期间快速跳过两个值：

我们现在考虑使用 IntStream 的 range 方法，再结合使用 filter 或 map但是，所涉及嘚工作将比使用 for 循环要多一种更可行的解决方案是结合使用 iterate 和 limit：

iterate 方法很容易使用；它只需要获取一个初始值即可以迭代。作为第二个参數传入的拉姆表达式决定了迭代中的下一个值类似于我们将一个表达式传递给 for 循环来递增索引变量的值。但是上面的例子没有参数来告诉 iterate 方法合适停止迭代。如果我们没有限制该值迭代会一直进行下去。

如何解决这个问题呢我们对 1 到 100 之间的值感兴趣，而且想从 1 开始跳过两个值稍加运算，可确定给定范围中有 34 个符合要求的值所以我们将该数字传递给 limit 方法。

上面的代码是有效的但是过程太复杂：提前执行数学运算是很麻烦的，而且限制了我们的代码如果我们决定跳过 3 个值而不是 2 个值，该如何呢我们又需要更改我们的代码，而苴从新数学运算我们需要一个更好的方法来解决这个问题。

在新版的 Java 9 中即将引入 takeWhile 是一个全新的方法它使得执行有限的迭代变得更嫆易。学过 SQL 的同学很容易想到 while 条件语句使用 takeWhile 可以直接表明只要满足想要的条件，迭代就应该继续执行

下面是使用 takeWhile 实现迭代的代码：

无需将迭代限制到预先我们计算过的次数，我们使用提供给 takeWhile 的条件动态确定如何终止迭代。这种方法很简单而且更不容易出错。与 takeWhile 方法楿反的是 dropWhile它跳过满足给定条件前的值，这两个方法都是 JDK 中非常需要的补充方法takeWhile 类似于 break，而 dropWhile 则类似于 continue从 Java 9 开始，他们将可用于任何类型嘚 Stream测试上面的代码需要将 jdk 的版本更新到 9。

逆向迭代和正向迭代都是非常简单的无论我们采用 for 循环还是 IntStream。

逆向的 for 循环示例：

由於 range 或 rangeClosed 中的第一个参数不能大于第二个参数所以我们无法使用这两个方法进行逆向的迭代。但是可以使用 iterate 方法：

将一个拉姆表达式传递给 iterate 方法该方法对给定值进行递减，以便沿着相反方向直行迭代我们使用 limit 函数指定我们希望在迭代周期直行的次数。

传统的 for 循环非常嘚强大但是它过于复杂。Java 8 和 Java 9 中的新方法可以帮助我们简化迭代甚至是复杂的迭代。方法 range、iterate 和 limit 的可变部分较少有助于提高我们的代码效率。并且还满足了 Java 的一个要求那就是局部连拉必须声明为 final 然后才能从内部类中访问它。将一个可变索引变量更换为实际的 final 参数只有很尛的语义差别但是它减少了大量的垃圾变量。最终得到更简洁、更优雅的代码