java集合（1）：集合框架体系之Collection接口及迭代器Iterator接口

前言

集合跟数组一样，也是容器。集合与数组的区别：

数组长度固定，存同一类型元素，可以存基本数据类型。
集合长度可变，可存不同类型元素，存储的都是对象，基本数据类型会自动装箱为对象类型。

jdk1.0版本中提供的可用容器比较少，到了jdk1.2版本，为了满足更多的需求，出现了更多的集合来完成不同的需求。这些容器如何区分？每一种容器的数据结构不同。

学习集合体系原则：看顶层，用底层。

正文

一，集合概述

集合体系有一个完整的框架图，如下图。其中该体系最顶层的就是Collection接口，该接口中定义了集合体系中最共性的功能：增删元素等。
集合中的元素取出方式也是所有集合类必须的具备的功能，将这些操作抽取出来，形成一个公共的接口Iterator，所有集合类中都有一个内部类来实现这个接口，并在集合类（外部类）中提供一个返回内部类对象的方法，从而调用内部类的迭代器方法。
集合中存的是对象的引用（地址）。
集合中什么是重复元素？即同一个引用（地址）。

二，Collection接口

Collection 层次结构中的根接口。Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。一些collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的。JDK不提供此接口的任何直接实现：它提供更具体的子接口（如 Set 和 List）实现。此接口通常用来传递collection，并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。
所有通用的 Collection 实现类（通常通过它的一个子接口间接实现 Collection）应该提供两个“标准”构造方法：一个是 void（无参数）构造方法，用于创建空 collection；另一个是带有 Collection 类型单参数的构造方法，用于创建一个具有与其参数相同元素新的 collection。实际上，后者允许用户复制任何 collection，以生成所需实现类型的一个等效 collection。尽管无法强制执行此约定（因为接口不能包含构造方法），但是 Java 平台库中所有通用的 Collection 实现都遵从它。

三，迭代器（重点）

上面说到，Collection接口定义了集合这一数据结构该有的最基本的方法，包括下列方法：

添加元素的方法：add()，addAll()。
删除元素的方法：remove()，removeAll()，retainAll()，clear() 。
判断元素是否在集合中的方法：contains()，containsAll()。
集合的属性方法：isEmpty()，size()，hashCode()。
判断集合对象是否相同的方法：equals()。
获取迭代器对象的方法：iterator()。

这里重点介绍一下iterator()这个方法，这个方法的原型：

Iterator<E> iterator()

该方法返回的是Iterator接口类型，该接口定义了3个方法

hasNext() ，如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
next() ，返回迭代的下一个元素。
remove()，从迭代器指向的 collection 中移除迭代器返回的最后一个元素。

下面，我们来看看集合的实现类ArrayList是怎么实现集合接口和迭代器接口的，下面是部分源码：

public class ArrayList<E> implements List<E>{
//省略一些成员变量和方法
public Iterator<E> iterator() { // 这是重写的iterator()方法
return new Itr(); // 返回私有内部类对象
    }

private class Itr implements Iterator<E> { // 内部类实现Iterator接口
// 省略内部类的成员变量和方法
public boolean hasNext() {...}
public E next() {...}
public void remove() {...}
    }
}

所以，我们在对集合进行迭代的时候，会进行类似下面的操作：

List<String> list = new ArrayList<>();  // 创建集合

list.add("jimmy1"); // 添加元素
list.add("jimmy2");
list.add("jimmy3");
list.add("jimmy4");

Iterator<String> itr = list.iterator(); // 获得迭代器对象

while (itr.hasNext()) {  // 使用迭代器对象的方法进行迭代
String string = itr.next();
    System.out.println(string);
}

当然，如果只是迭代获得元素，还可以用更简单的foreach循环。

我们还说过，有时候我们需要在迭代的时候操作元素，如增删改操作。但是获得迭代器时长度是已知的，迭代中改变集合长度会造成混乱，一些Iterator可能会抛出ConcurrentModificationException异常。针对这种情况，List接口使用了新的迭代器ListIterator，该迭代器继承了Iterator迭代器，来看一下：

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E>

同样的，ArrayList等实现类在实现该接口也是使用内部类来实现的，这样，List集合就能实现边迭代边修改元素了。下面是ListIterator的实现类。

public class ArrayList<E> implements List<E>{
//省略一些类成员变量和方法

public Iterator<E> iterator() { // 这是重写的iterator()方法
return new Itr(); // 返回私有内部类对象
    }

public ListIterator<E> listIterator() { // 这是重写的listIterator()方法
return new ListItr(0);  // 返回私有内部类对象
    }

private class Itr implements Iterator<E> { // 内部类实现Iterator接口
// 省略内部类的成员变量和方法
public boolean hasNext() {...}
public E next() {...}
public void remove() {...}
    }

// 内部类实现ListIterator接口
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
// 类实现
    }
}

总结

集合很常用，本文介绍了最顶层的接口Collection，并且重点介绍了同样是所有集合的共性的迭代器。

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