迭代器模式（Iterator Design Pattern）

用來遍歷集合物件。這裡說的“集合物件”也可以叫“容器”“聚合物件”，實際上就是包含一組物件的物件，比如陣列、連結串列、樹、圖、跳錶。迭代器模式將集合物件的遍歷操作從集合類中拆分出來，放到迭代器類中，讓兩者的職責更加單一

迭代器模式的原理和實現

// 介面定義方式一
public interface Iterator<E> {
  boolean hasNext();
  void next();
  E currentItem();
}

// 介面定義方式二
public interface Iterator<E> {
  boolean hasNext();
  E next();
}

public interface List { Iterator iterator(); //...省略其他介面函式...}
 

迭代器模式的優勢

• for 迴圈
• foreach 迴圈，foreach 迴圈只是一個語法糖而已，底層是基於迭代器來實現的。
• iterator 迭代器
• 對於類似陣列和連結串列這樣的資料結構，遍歷方式比較簡單，直接使用 for 迴圈來遍歷就足夠了。但是，對於複雜的資料結構（比如樹、圖）來說，有各種複雜的遍歷方式。比如，樹有前中後序、按層遍歷，圖有深度優先、廣度優先遍歷等等。如果由客戶端程式碼來實現這些遍歷演算法，勢必增加開發成本，而且容易寫錯。如果將這部分遍歷的邏輯寫到容器類中，也會導致容器類程式碼的複雜性。
• 我們可以將遍歷操作拆分到迭代器類中。比如，針對圖的遍歷，我們就可以定義 DFSIterator、BFSIterator 兩個迭代器類，讓它們分別來實現深度優先遍歷和廣度優先遍歷。
• 將遊標指向的當前位置等資訊，儲存在迭代器類中，每個迭代器獨享遊標資訊。這樣，我們就可以建立多個不同的迭代器，同時對同一個容器進行遍歷而互不影響。
• 容器和迭代器都提供了抽象的介面，方便我們在開發的時候，基於介面而非具體的實現程式設計。當需要切換新的遍歷演算法的時候，比如，從前往後遍歷連結串列切換成從後往前遍歷連結串列，客戶端程式碼只需要將迭代器類從 LinkedIterator 切換為 ReversedLinkedIterator 即可，其他程式碼都不需要修改。除此之外，新增新的遍歷演算法，我們只需要擴充套件新的迭代器類，也更符合開閉原則。

在遍歷的同時增刪集合元素會發生什麼？

• 在通過迭代器來遍歷集合元素的同時，增加或者刪除集合中的元素，有可能會導致某個元素被重複遍歷或遍歷不到。

如何實現一個支援“快照”功能的迭代器模式？

• 所謂“快照”，指我們為容器建立迭代器的時候，相當於給容器拍了一張快照（Snapshot）。之後即便我們增刪容器中的元素，快照中的元素並不會做相應的改動。而迭代器遍歷的物件是快照而非容器，這樣就避免了在使用迭代器遍歷的過程中，增刪容器中的元素，導致的不可預期的結果或者報錯。
• 解決方案一：每當建立迭代器的時候，都拷貝一份容器中的元素到快照中，後續的遍歷操作都基於這個迭代器自己持有的快照來進行。
• 解決方案二：我們可以在容器中，為每個元素儲存兩個時間戳，一個是新增時間戳 addTimestamp，一個是刪除時間戳 delTimestamp。當元素被加入到集合中的時候，我們將 addTimestamp 設定為當前時間，將 delTimestamp 設定成最大長整型值（Long.MAX_VALUE）。當元素被刪除時，我們將 delTimestamp 更新為當前時間，表示已經被刪除。
  • 注意，這裡只是標記刪除，而非真正將它從容器中刪除。同時，每個迭代器也儲存一個迭代器建立時間戳 snapshotTimestamp，也就是迭代器對應的快照的建立時間戳。當使用迭代器來遍歷容器的時候，只有滿足 addTimestamp<snapshotTimestamp<delTimestamp 的元素，才是屬於這個迭代器的快照。
  • 如果元素的 addTimestamp>snapshotTimestamp，說明元素在建立了迭代器之後才加入的，不屬於這個迭代器的快照；如果元素的 delTimestamp<snapshotTimestamp，說明元素在建立迭代器之前就被刪除掉了，也不屬於這個迭代器的快照。
  • 上面的解決方案相當於解決了一個問題，又引入了另外一個問題。ArrayList 底層依賴陣列這種資料結構，原本可以支援快速的隨機訪問，在 O(1) 時間複雜度內獲取下標為 i 的元素，但現在，刪除資料並非真正的刪除，只是通過時間戳來標記刪除，這就導致無法支援按照下標快速隨機訪問了。
  • 我們可以在 ArrayList 中儲存兩個陣列。一個支援標記刪除的，用來實現快照遍歷功能；一個不支援標記刪除的（也就是將要刪除的資料直接從陣列中移除），用來支援隨機訪問。對應的程式碼我這裡就不給出了，感興趣的話你可以自己實現一下。