Java迭代器背后的概念是什么？

Question

我正在研究Java的iterator接口，但不明白为什么它被设计成这样。

为什么Java Iterator要使用hasNext和next方法而不是将它们合并成一个方法？

以下是Java Iterator的典型用法。

Iterator iter = //iterator from a list
while(iter.hasNext()){
    Object obj = iter.next();
    // do something to obj
}

为什么不呢？

Iterator iter = //iterator from a list
Object obj = null;
try {
    while(true){
        obj = iter.next();
        // do something to obj
    }
} catch (NoSuchElementException e) {}

显然，这种方法看起来很丑陋。但是，如果在到达末尾时next返回null而不是抛出异常会发生什么呢？那么代码可以简化为：

Iterator iter = //iterator from a list
Object obj = null;
while((obj = iter.next()) != null){
    // do something to obj
}

这是Objective-C中NSEnumerator的工作方式。

NSEnumerator *enumerator = // from an array
while (id obj = [enumerator nextObject]) {
    // do something to obj
}

这会增加实现自定义iterator的开销。

这也使得Java迭代器不是线程安全的。例如，一个ArrayList里有一个元素。两个线程同时请求该列表的相同迭代器的hasNext方法。然后，两个线程都将看到true并调用该迭代器的next方法。因为只有一个元素，并且迭代器被请求了两次，这肯定会导致异常或错误状态。

我知道有线程安全的迭代器，但我不确定如何实现，我认为会发生很多阻塞，从而使其效率低下。

我认为问题在于检查和更新没有原子地发生，我无法理解为什么Java设计了这样的iterator接口。

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更新

我看到null可以是一个值，所以我的方法是无效的。但是否有可能绕过我上面提到的问题？

- Bryan Chen

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дҪ жҳҜеҗҰжӢ…еҝғдҪ зҡ„жәҗд»Јз Ғжё…жҷ°еәҰпјҢжҲ–иҖ…жӢ…еҝғи°ғз”ЁhasNext()е’Ңnext()дјҡеёҰжқҘжҖ§иғҪжҲҗжң¬пјҹ - Andrew Spencer

我正在进行一门与Java迭代器相关的大学课程项目，所以想更多地了解它。 - Bryan Chen

好的。在现实世界中，源代码的清晰度几乎总是比微小的性能调整更重要。你必须执行许多循环，才能使额外的方法调用成为执行时间的重要贡献者。 - Andrew Spencer

Answer 1

你的建议会使集合中的null值不可用，因为它使用null作为“毒药”，以检测迭代结束。

在极少数情况下，两个线程共享一个迭代器，您只需要将其包装在一些自定义类中，并同步访问迭代器，使检查然后执行操作变成原子操作。这是必需的，因为即使迭代器只有一个方法，在你的示例中支持集合（ArrayList）也不是线程安全的。

- JB Nizet

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哦，我从来没有想过可以将 null 放入列表中... 太习惯以 Objective-C 的方式思考了。 - Bryan Chen

+1 但我会加上第二个简短的句子，说明原因。有两种状态，然后使 next() 返回 null：null 值或没有更多元素。要解决这个问题，您需要禁止使用 null 作为值。 - Fabian Barney

@FabianBarney 禁止使用 null 作为值可能并不是一个那么糟糕的想法，但要注意，我仍然不会将其用于表示 Java Iterator 的结束：这会违反契约。 - Andrew Spencer

@AndrewSpencer 我同意在项目中限制使用 null 可能是有道理的。然而，在像集合这样的可迭代对象中，null 确实是有意义的，而且我认为不应该被普遍禁止。想想存储在集合中的数据库结果等情况。 - Fabian Barney

Answer 2

你的第一个建议设计不好，因为它依赖于抛出和捕获异常来处理已知会最终发生的情况。异常是相当昂贵的，只应该用于通常不会发生的“异常”情况。

你的第二个建议没有考虑到 Iterable 可能有空元素。

至于线程安全的问题，是的，标准的 Iterator 倾向于不是线程安全的，需要一个带有额外开销的自定义实现。这对于大多数 Java 结构都是正确的。正如 JB Nizet 所指出的那样，更重要的是在其 Iterator 可以使用之前，Iterable 结构本身是否是线程安全的。

- Paul Bellora

Answer 3

为了提高源代码的清晰度，可以使用（以字符串集合为例）：

Iterable<String> values = ... // typically a Collection (List, Set...)

for (String value : values) {
    // do something with the value
}

我同意之前有关空值限定集合、异常控制循环（这是极其糟糕的形式）和线程安全的回复。

在你的建议中，对集合进行空值限定是最不明智的选择，特别是如果你的代码中有“无空值”策略。然而，这在 Java 中非常不习惯用（编辑：并且违反了 Iterator 接口的协定），所以可能会使未来的代码维护者混淆（编辑：并可能导致微妙和/或意外的错误）。

- Andrew Spencer