052_迭代器（Iterator / ListIterator）
一、迭代器概述
迭代器（Iterator）是 Java 集合框架中用于遍历集合元素的工具接口，它提供了一种统一的遍历方式，屏蔽了不同集合底层数据结构的差异（如数组、链表、哈希表等）。其核心思想是 “迭代器负责遍历，集合负责存储”，通过迭代器可以安全、高效地访问集合中的元素。
Java 中主要的迭代器接口包括：
- Iterator：基础迭代器，支持单向遍历和元素删除。
- ListIterator：Iterator的子接口，仅适用于List集合，支持双向遍历、元素添加和修改。
迭代器解决了传统for循环遍历的两个核心问题：
- 避免暴露集合底层实现（无需通过索引访问，适配所有集合类型）。
- 提供遍历过程中的元素修改安全性（通过迭代器自身的remove()方法，避免并发修改异常）。
二、Iterator 详解
2.1 核心定义与作用
Iterator是所有迭代器的基础接口，定义在java.util包中，仅支持单向遍历（从集合头部到尾部），适用于所有Collection接口的实现类（如List、Set、Queue等）。
通过集合的iterator()方法可获取迭代器实例，核心流程为：
- 调用hasNext()判断是否有下一个元素。
- 调用next()获取下一个元素（并移动迭代器指针）。
- （可选）调用remove()删除当前元素（需在next()之后调用）。
2.2 核心方法
| 方法定义 | 功能说明 |
|---|---|
| boolean hasNext() | 判断集合中是否还有未遍历的元素，有则返回true，否则返回false。 |
| E next() | 返回集合中的下一个元素，并将迭代器指针向后移动一位。若没有下一个元素，抛出NoSuchElementException。 |
| void remove() | 删除next()方法最后返回的元素（需在next()之后调用，否则抛出IllegalStateException）。 |
2.3 使用示例
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");// 获取迭代器Iterator<String> iterator = list.iterator();// 遍历集合while (iterator.hasNext()) {String element = iterator.next(); // 获取下一个元素System.out.println(element);// 示例：删除"Banana"if ("Banana".equals(element)) {iterator.remove(); // 仅能通过迭代器删除，避免并发修改异常}}System.out.println("删除后集合：" + list); // 输出：[Apple, Cherry]}
}
2.4 核心特点
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 单向遍历 | 仅支持从集合头部到尾部的顺序遍历（hasNext()+next()），无法向前遍历。 |
| 通用性 | 适用于所有Collection实现类（List、Set、Queue等），兼容性强。 |
| 元素删除 | 支持通过remove()方法删除当前元素，但需在next()之后调用（依赖next()记录当前元素位置）。 |
| 并发安全 | 遍历过程中通过迭代器的remove()修改集合，不会触发ConcurrentModificationException（直接修改集合会报错）。 |
| 无添加 / 修改能力 | 仅能遍历和删除元素，无法向集合中添加或修改元素。 |
三、ListIterator 详解
3.1 核心定义与作用
ListIterator是Iterator的子接口，仅适用于List接口的实现类（如ArrayList、LinkedList等），扩展了Iterator的功能，支持双向遍历和元素添加 / 修改，是List集合特有的迭代器。
通过List的listIterator()方法可获取实例，若传入索引参数（如listIterator(int index)），迭代器指针会从指定索引位置开始遍历，进一步增强了遍历的灵活性。
3.2 核心方法（扩展自 Iterator）
| 方法定义 | 功能说明 |
|---|---|
| boolean hasPrevious() | 判断集合中是否有上一个未遍历的元素（向前遍历），有则返回true。 |
| E previous() | 返回集合中的上一个元素，并将迭代器指针向前移动一位。若没有上一个元素，抛出NoSuchElementException。 |
| void add(E e) | 在当前指针位置插入元素（插入后元素位于next()返回元素之前，previous()返回元素之后）。 |
| void set(E e) | 修改next()或previous()方法最后返回的元素（需在next()/previous()之后调用）。 |
| int nextIndex() | 返回下一个元素的索引（若没有下一个元素，返回集合大小）。 |
| int previousIndex() | 返回上一个元素的索引（若没有上一个元素，返回-1）。 |
3.3 使用示例
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;public class ListIteratorDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("A");list.add("B");list.add("C");// 获取ListIterator（从索引1开始遍历）ListIterator<String> lit = list.listIterator(1);System.out.println("向后遍历：");while (lit.hasNext()) {int index = lit.nextIndex(); // 获取下一个元素索引String element = lit.next();System.out.println("索引" + index + "：" + element); // 输出：索引1:B，索引2:C}System.out.println("向前遍历：");while (lit.hasPrevious()) {int index = lit.previousIndex(); // 获取上一个元素索引String element = lit.previous();System.out.println("索引" + index + "：" + element); // 输出：索引1:B，索引0:A}// 在当前位置（索引0后）插入元素lit.add("D");System.out.println("插入后集合：" + list); // 输出：[A, D, B, C]// 修改下一个元素（当前指针指向索引1的"D"）lit.next(); // 移动到"D"lit.set("D-Updated");System.out.println("修改后集合：" + list); // 输出：[A, D-Updated, B, C]}
}
3.4 核心特点
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 双向遍历 | 支持向前（hasPrevious()+previous()）和向后（hasNext()+next()）遍历，灵活性更高。 |
| 元素操作扩展 | 除删除外，支持add()插入元素和set()修改元素，丰富了集合的修改方式。 |
| 索引定位 | 可通过nextIndex()/previousIndex()获取当前指针位置索引，便于精准操作。 |
| 起始位置可控 | 支持从指定索引开始遍历（listIterator(int index)），无需从头遍历。 |
| 仅适用于 List | 依赖List的索引特性，无法用于Set、Queue等非 List 集合。 |
四、Iterator 与 ListIterator 对比
| 维度 | Iterator | ListIterator |
|---|---|---|
| 继承关系 | 顶层接口，无父接口 | 继承Iterator接口，是子接口 |
| 适用集合 | 所有Collection实现类（List、Set、Queue等） | 仅List实现类（ArrayList、LinkedList等） |
| 遍历方向 | 单向（仅向后：hasNext()+next()） | 双向（向后 + 向前：hasNext()/hasPrevious()） |
| 核心操作 | 遍历（hasNext()/next()）、删除（remove()） | 遍历、删除、添加（add()）、修改（set()） |
| 索引支持 | 无索引相关方法 | 有nextIndex()/previousIndex()获取索引 |
| 起始位置控制 | 仅能从集合头部开始遍历 | 可通过listIterator(int index)指定起始索引 |
| 并发修改安全性 | 支持通过remove()安全删除 | 支持remove()/add()/set()安全修改 |
5.1 并发修改异常（ConcurrentModificationException）
遍历过程中若直接通过集合的方法（如add()、remove()）修改集合结构，迭代器会检测到并发修改，抛出ConcurrentModificationException。正确做法是通过迭代器自身的方法修改集合：
- Iterator：仅能通过remove()删除元素。
- ListIterator：可通过remove()/add()/set()修改元素。
错误示例（直接修改集合）：
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> it = list.iterator();while (it.hasNext()) {String elem = it.next();if ("B".equals(elem)) {list.remove(elem); // 直接调用集合的remove()，抛出异常}
}
正确示例（通过迭代器修改）：
// 使用Iterator的remove()
while (it.hasNext()) {String elem = it.next();if ("B".equals(elem)) {it.remove(); // 迭代器删除，安全无异常}
}// 使用ListIterator的add()
ListIterator<String> lit = list.listIterator();
while (lit.hasNext()) {if ("C".equals(lit.next())) {lit.add("D"); // 迭代器添加，安全无异常}
}
5.2 迭代器状态依赖
- Iterator的remove()必须在next()之后调用（需先通过next()获取元素，迭代器记录当前元素位置），否则抛出IllegalStateException。
- ListIterator的set()必须在next()或previous()之后调用（需先获取待修改元素），add()无此限制，但add()后调用remove()会报错（add()插入的元素未被next()/previous()记录）。
5.3 性能考量
- Iterator遍历Set集合时性能最优（无需索引支持）。
- ListIterator在LinkedList中双向遍历性能优于通过索引遍历（避免LinkedList索引访问的O(n)开销）。
六、适用场景总结
| 场景需求 | 推荐迭代器 | 原因分析 |
|---|---|---|
| 遍历Set或Queue集合 | Iterator | 这些集合无索引，Iterator是唯一通用遍历方式。 |
| 单向遍历List集合，仅需读取 | Iterator | 功能足够，无需额外扩展，性能略优。 |
| 双向遍历List集合 | ListIterator | 支持向前 / 向后遍历，满足复杂遍历需求（如从中间位置开始遍历）。 |
| 遍历List时需插入 / 修改元素 | ListIterator | 提供add()/set()方法，是List集合修改元素的安全方式。 |
| 多线程环境下遍历集合 | Iterator/ListIterator | 迭代器自身的修改方法（remove()/add()）可避免并发修改异常。 |
七、总结
迭代器是 Java 集合遍历的核心工具，Iterator提供了基础的单向遍历和删除能力，适用于所有集合；ListIterator作为List特有的迭代器，扩展了双向遍历和元素添加 / 修改功能，灵活性更强。
使用时需根据集合类型和需求选择合适的迭代器：通用场景选Iterator，List的复杂遍历和修改场景选ListIterator。同时需注意遍历过程中通过迭代器自身方法修改集合，避免并发修改异常，确保遍历的安全性和高效性。
掌握迭代器的使用不仅能统一集合遍历方式，更能深入理解 Java 集合框架的设计思想 ——“接口抽象，实现分离”，提升代码的通用性和可维护性。