《Java 集合迭代器深度解析：统一遍历背后的原理与设计思想》
先思考一个问题：“不同集合内部结构差异巨大——数组、链表、哈希表、树各有千秋——但 Java 迭代器却能用统一的方式遍历它们，这究竟是如何实现的？”
迭代器作为 Java 集合框架中最基础但又极具设计美感的组成部分，承担着遍历各种集合的“桥梁”作用。本文将从定义、功能、原理到接口来源，再到为何能统一遍历不同结构的集合进行深度解析，帮助你真正掌握 Iterator 的底层机制。
一、什么是迭代器？它的功能是什么？
在 Java 中，迭代器（Iterator） 是集合框架中的一个接口，提供了一种 统一访问集合中元素 的方式，而不暴露集合内部的数据结构。
Iterator 接口定义如下：
public interface Iterator {
boolean hasNext(); // 是否还有元素
E next(); // 获取下一个元素
void remove(); // 移除当前元素（可选）
}
核心功能：
-
遍历元素：不关心集合的底层实现（数组、链表、哈希表等）；
-
逐个访问：通过
hasNext()判断是否还有元素，next()获取当前元素； -
安全删除：
remove()方法可以删除当前元素（需要谨慎使用）；
示例代码：
List list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
二、迭代器的实现原理是什么？
设计模式：Iterator Pattern（迭代器模式）
Java 的迭代器基于经典的行为型设计模式：迭代器模式。
定义：为容器对象提供一种方法，顺序访问其内部元素，而不暴露其内部表示。
以 ArrayList 为例
来看 ArrayList 中 iterator() 方法的实现：
public Iterator iterator() {
return new Itr();
}
内部类 Itr 是 ArrayList 的迭代器实现，逻辑大致如下：
private class Itr implements Iterator {
int cursor = 0; // 下一个要返回的元素索引，初始从0开始
int lastRet = -1; // 上一个返回元素的索引，初始-1表示还未返回任何元素
public boolean hasNext() {
return cursor != size; // 判断是否还有元素（cursor未到集合末尾）
}
public E next() {
if (cursor >= size) throw new NoSuchElementException(); // 超出范围抛异常
return elementData[lastRet = cursor++]; // 返回当前元素，cursor后移，记录lastRet
}
public void remove() {
if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); // next()未调用或重复调用remove抛异常
ArrayList.this.remove(lastRet); // 调用ArrayList的remove删除元素
cursor = lastRet; // 调整cursor指向删除元素位置，保证遍历正确
lastRet = -1; // 重置lastRet防止重复remove
}
}
fail-fast机制
-
ArrayList 有一个
modCount变量记录集合修改次数； -
迭代器在创建时记录
expectedModCount = modCount； -
如果遍历过程中结构被修改（比如 add/remove），就会抛出
ConcurrentModificationException； -
这是为了避免并发修改造成的不一致状态。
三、iterator() 方法到底是哪里来的？
你可能会疑惑：为什么任何 List、Set 等集合都可以调用 iterator() 方法？
答案是：来自 Iterable 接口！
public interface Iterable {
Iterator iterator();
}
所有可以被增强 for 循环（for-each）遍历的类都实现了 Iterable 接口。包括：
public interface Collection extends Iterable {}
public interface List extends Collection {}
➡️ ArrayList、LinkedList、HashSet 等集合类都继承自 Collection，因此都实现了 iterator() 方法。
四、不同集合底层结构各异，为何能统一遍历？
这是迭代器设计的最大亮点之一。
问题本质：
-
ArrayList底层是数组； -
LinkedList是双向链表； -
HashSet是基于HashMap； -
TreeSet是红黑树。
它们内部结构千差万别，但都可以用如下代码统一遍历：
for (String s : someCollection) {
System.out.println(s);
}
本质回答：
因为每个集合类都提供了自己“定制”的迭代器实现。Java 只是通过统一的接口 Iterator 提供“统一的使用方式”，但实际的遍历逻辑是由集合内部自己实现的。
原因解析：
-
每个集合类都提供了自己的
iterator()实现； -
返回各自内部定制的迭代器（内部类实现）；
-
每个迭代器都封装了对自身结构的遍历逻辑；
-
由于都实现了统一的
Iterator接口，Java 代码可以“面向接口编程”：
public void printAll(Iterator iterator) {
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
➡️ 这正体现了多态+设计模式的强大威力 —— 你只需要调用 iterator()，而不需要知道背后是数组还是红黑树。
迭代器 vs 增强 for 循环
增强 for 循环本质就是语法糖，底层就是迭代器：
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
// 等价于：
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
五、总结与思考
| 问题 | 解答 |
|---|---|
| 什么是迭代器？ | 是用于遍历集合中元素的对象，封装了遍历逻辑 |
| iterator() 从哪来？ | 来自 Iterable 接口，所有集合都实现了它 |
| 迭代器如何实现的？ | 每个集合有自己定制的内部类，实现 Iterator 接口 |
| 为何能统一遍历？ | 迭代器模式 + 多态，让用户“只关注接口，不关心结构” |
✨ 思考延伸：
-
如果你自己实现一个数据结构，只要实现
Iterable接口，也能用 for-each 遍历； -
如果要支持并发遍历，需要考虑 fail-safe 的方式，如
CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap的迭代器；
六、统一迭代行为的设计之美 ✨
我们回到最初的疑问：
不同集合类底层结构不同，为何都能通过
iterator()统一遍历？
关键点总结如下：
-
所有集合类都实现了
Iterable接口，这意味着它们都提供了iterator()方法。 -
iterator()方法会返回一个实现了Iterator接口的对象，这是集合类自己根据结构实现的。 -
不同集合的
Iterator实现类根据自身结构（如数组、链表、哈希表、树）来决定如何遍历。 -
你拿到的只是一个
Iterator对象，统一使用hasNext()+next()，无需关心其内部结构。 -
这正是多态 + 设计模式（迭代器模式）+ 面向接口编程的完美体现。