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Java 23 种设计模式：从踩坑到精通 | 迭代器模式 —— 遍历集合，为什么不直接暴露内部结构？

news 2026/7/1 23:22:26

Java 23 种设计模式：从踩坑到精通 | 迭代器模式 —— 遍历集合，为什么不直接暴露内部结构？

摘要：当需要遍历一个聚合对象（如集合、列表、树），但又不想暴露其内部表示时，直接在聚合类上添加遍历方法会导致职责过重、耦合增加。迭代器模式通过将遍历行为封装为独立的迭代器对象，提供一种统一的方式来顺序访问聚合中的每个元素，而无需关心底层是数组、链表还是树。本文从自定义集合的遍历需求出发，完整讲解迭代器模式的原理、UML、代码实现、与 for-each 语法糖的关系，并结合 JDK 集合框架、数据库游标、MyBatis Cursor 等应用，帮你理解“遍历与数据分离”的设计思想。

🗺️本文阅读地图（3 分钟速览）
为什么直接暴露get(index)是危险的？
迭代器模式四大角色拆解
手写一个支持正向/反向遍历的自定义集合
for-each 语法糖底层原理
JDKIterator/ 数据库游标 / MyBatis Cursor 如何体现
面试必问：Iterator和Iterable有什么区别？

📖《Java 23 种设计模式：从踩坑到精通》
开篇：系列介绍与目录｜上一篇：解释器模式｜当前：迭代器模式｜下一篇：中介者模式
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文章目录

Java 23 种设计模式：从踩坑到精通 | 迭代器模式 —— 遍历集合，为什么不直接暴露内部结构？
- 1. 从“遍历一个自定义列表”的纠结说起
- - 1.1 你的场景该不该用迭代器？
- 2. 模式定义与 UML 结构
- - 图文解析（配合上述 UML 图）
- 3. 代码实现：自定义列表的迭代器
- - 3.1 抽象迭代器
  - 3.2 抽象聚合
  - 3.3 具体聚合：数组列表
  - 3.4 客户端调用
- 4. 扩展：支持反向遍历的内部类迭代器
- 5. 迭代器模式 vs for-each 语法糖
- 6. 优缺点一览
- 7. 框架与实践中的应用
- - 7.1 JDK 集合框架
  - 7.2 数据库结果集游标
  - 7.3 MyBatis 的 Cursor
- 8. 面试必问 + 面试官追问连环炮
- 9. 六大设计原则在迭代器模式中的体现
- 《Java 23 种设计模式：从踩坑到精通》快速导航

1. 从“遍历一个自定义列表”的纠结说起

假设你实现了一个自定义的列表类MyList，内部使用数组存储数据。现在客户端需要遍历列表中的所有元素。最简单的方法是在MyList中直接暴露一个get(index)方法，客户端通过索引循环：

for(inti=0;i<myList.size();i++){System.out.println(myList.get(i));}

但这要求客户端知道MyList是数组结构。如果将来底层改为链表，客户端代码全部需要重写。如果要求客户端不能直接访问索引，只能顺序遍历，又该怎么做？

更复杂的是，如果要求同时支持正向和反向遍历，或者支持遍历时删除元素，直接在聚合类中添加这些功能会让MyList膨胀成一团乱麻。

迭代器模式（Iterator Pattern）正是为此而生：它提供一个对象来顺序访问聚合对象中的元素，而不暴露聚合对象的内部表示。把“如何遍历”从聚合类中分离出来，形成一个独立的迭代器对象。

1.1 你的场景该不该用迭代器？

判断标准	是 → 用迭代器	否 → 用其他方式
需要隐藏集合的内部结构，不暴露给客户端	✅	❌
需要支持多种遍历方式（正向、反向、条件过滤）	✅	❌
需要统一不同数据结构的遍历接口	✅	❌
结构简单，只需一种遍历方式	❌	直接用 for-each 即可

2. 模式定义与 UML 结构

迭代器模式提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又无需暴露该对象的内部表示。它属于行为型设计模式。

图文解析（配合上述 UML 图）

迭代器模式的核心角色：

抽象迭代器（Iterator）：定义访问和遍历元素的接口，包含hasNext()、next()、remove()等方法。
具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，跟踪遍历的当前位置（如cursor索引），知道如何遍历聚合中的元素。
抽象聚合（Aggregate）：定义创建迭代器对象的接口，通常只有createIterator()一个方法。
具体聚合（ConcreteAggregate）：实现聚合接口，返回一个具体的迭代器实例。

核心机制：聚合负责“存”，迭代器负责“取”。客户端只与迭代器交互，完全不知道底层是数组、链表还是树。

3. 代码实现：自定义列表的迭代器

3.1 抽象迭代器

publicinterfaceIterator<T>{booleanhasNext();Tnext();defaultvoidremove(){thrownewUnsupportedOperationException("remove");}}

💬白话：迭代器必须能回答“还有下一个吗？”和“把下一个给我”。

3.2 抽象聚合

publicinterfaceIterableCollection<T>{Iterator<T>createIterator();}

💬白话：所有集合都必须能“创建一个迭代器出来”。

3.3 具体聚合：数组列表

publicclassArrayBasedList<T>implementsIterableCollection<T>{privateObject[]elements;privateintsize;privatestaticfinalintINIT_CAPACITY=16;publicArrayBasedList(){elements=newObject[INIT_CAPACITY];size=0;}publicvoidadd(Titem){if(size==elements.length){elements=Arrays.copyOf(elements,size*2);}elements[size++]=item;}publicintsize(){returnsize;}@OverridepublicIterator<T>createIterator(){returnnewArrayBasedIterator();}// 具体迭代器作为内部类，可以访问外部聚合的私有字段privateclassArrayBasedIteratorimplementsIterator<T>{privateintcursor=0;@OverridepublicbooleanhasNext(){returncursor<size;}@Override@SuppressWarnings("unchecked")publicTnext(){if(!hasNext())thrownewNoSuchElementException();return(T)elements[cursor++];}}}

💬白话：迭代器是聚合的“内部员工”，可以直接访问聚合的私有数组，但对外只暴露hasNext()和next()。

3.4 客户端调用

ArrayBasedList<String>names=newArrayBasedList<>();names.add("Alice");names.add("Bob");names.add("Charlie");Iterator<String>it=names.createIterator();while(it.hasNext()){System.out.println(it.next());}

客户端只需要通过迭代器遍历，完全不知道底层是数组。如果将来改为链表实现，只需修改ArrayBasedList内部，客户端代码无需任何改动。

4. 扩展：支持反向遍历的内部类迭代器

// 在 ArrayBasedList 中新增方法publicIterator<T>createReverseIterator(){returnnewReverseIterator();}privateclassReverseIteratorimplementsIterator<T>{privateintcursor=size-1;@OverridepublicbooleanhasNext(){returncursor>=0;}@Override@SuppressWarnings("unchecked")publicTnext(){if(!hasNext())thrownewNoSuchElementException();return(T)elements[cursor--];}}

💬白话：同一个聚合可以提供多种迭代器——正向遍历、反向遍历、条件过滤遍历……聚合只负责创建迭代器，遍历逻辑完全由迭代器控制。

客户端调用：

Iterator<String>reverseIt=names.createReverseIterator();while(reverseIt.hasNext()){System.out.println(reverseIt.next());// Charlie → Bob → Alice}

5. 迭代器模式 vs for-each 语法糖

Java 5 引入的 for-each 循环实际就是迭代器模式的语法糖。任何实现了Iterable接口的类都可以使用 for-each。编译器会将for (T item : collection)编译为迭代器的while循环。

// 语法糖for(Strings:names){System.out.println(s);}// 编译后等效代码Iterator<String>it=names.iterator();while(it.hasNext()){Strings=it.next();System.out.println(s);}

💬白话：你每天都在用迭代器，只是 Java 帮你偷偷写好了while循环。

6. 优缺点一览

优点	缺点
封装性：不暴露聚合对象的内部结构	增加类数量：每个聚合类通常对应一个迭代器类
多遍历支持：同时可以存在多个迭代器，互不干扰	简单集合可能过于复杂：引入额外的抽象层
统一接口：遍历算法统一，客户端无须关注数据结构差异	迭代器的`remove()`需要小心：并发修改时可能抛异常
符合单一职责：聚合类只负责存储，迭代器负责遍历

7. 框架与实践中的应用

7.1 JDK 集合框架

java.util.Iterator和java.lang.Iterable是迭代器模式最经典的实现。ArrayList、LinkedList、HashSet等所有集合类都通过iterator()方法返回对应的迭代器。

List<String>list=newArrayList<>();list.add("A");list.add("B");Iterator<String>it=list.iterator();while(it.hasNext()){System.out.println(it.next());}

7.2 数据库结果集游标

JDBC 的ResultSet本质上就是一个迭代器。它提供next()方法逐行遍历查询结果，getString()、getInt()等方法获取当前行字段值，完全屏蔽了数据库内部的数据结构。

7.3 MyBatis 的 Cursor

MyBatis 3.5 引入的Cursor接口继承了Iterable，允许对大量查询结果进行流式迭代处理，避免一次性加载所有数据到内存。

try(Cursor<User>cursor=sqlSession.selectCursor("selectUsers")){for(Useruser:cursor){process(user);}}

8. 面试必问 + 面试官追问连环炮

基础必问

迭代器模式有哪些角色？→ 抽象迭代器、具体迭代器、抽象聚合、具体聚合。
Java 的Iterator和Iterable有什么区别？→Iterator是迭代器本身，Iterable是能够返回迭代器的聚合对象。
为什么需要迭代器模式？→ 分离遍历与存储，提供统一遍历接口，支持多种遍历方式。

面试官追问

“如何在 for-each 中删除元素？”
👉 不能直接调用list.remove()，会抛ConcurrentModificationException，必须使用Iterator.remove()。
“迭代器模式如何支持多种遍历方式？”
👉 同一个聚合类提供多个createXxxIterator()方法，分别返回正向、反向、条件过滤等不同的迭代器实现。
“ConcurrentModificationException是怎么检测出来的？”
👉 集合内部维护一个modCount，迭代器创建时记录expectedModCount，每次操作时比较两者是否一致。

🎉恭喜：如果你能立刻说出Iterator和Iterable的区别，并理解 for-each 语法糖的底层原理，你已经掌握了 Java 中最基础也最重要的设计模式之一。

9. 六大设计原则在迭代器模式中的体现

设计原则	在迭代器模式中的体现
单一职责原则（SRP）	聚合类负责存储，迭代器类负责遍历，职责分离
开闭原则（OCP）	新增遍历方式（如反向迭代器）只需增加迭代器子类，无需修改聚合类
里氏替换原则（LSP）	任何聚合类的迭代器都可替换`Iterator`接口
依赖倒置原则（DIP）	客户端依赖抽象`Iterator`和`Iterable`，不依赖具体聚合
接口隔离原则（ISP）	`Iterator`接口只定义`hasNext()`/`next()`/`remove()`，精简
迪米特法则（LoD）	客户端只与迭代器交互，无须了解聚合内部结构