Java Iterator（迭代器）（超详细）

Java Iterator（迭代器）：掌握遍历集合的高效方式

在 Java 编程中，我们经常需要对集合类（如 List、Set、Map 等）中的元素进行遍历操作。虽然传统的 for 循环和增强型 for 循环（for-each）已经足够方便，但它们在某些场景下存在局限性。这时，Java Iterator（迭代器）就派上用场了。

Java Iterator 是一个设计模式的实现，它提供了一种统一的方式来遍历集合中的元素，同时隐藏了底层数据结构的细节。更重要的是，它支持在遍历过程中安全地删除元素，这是普通 for 循环无法做到的。对于初学者来说，理解 Iterator 的工作原理，是迈向更高级 Java 编程的重要一步。

什么是 Java Iterator（迭代器）

Java Iterator 是 java.util 包中的一个接口，定义了遍历集合的基本方法。它就像是一个“导航工具”，让你能够逐步访问集合中的每一个元素，而不需要关心集合内部是如何存储数据的。

想象一下你正在图书馆查找一本书。你不需要知道书架是如何排列的，只需要按照指引一步步走，直到找到目标。Iterator 就是这个“指引”，它告诉你下一步该去哪，还能告诉你是否已经走到了尽头。

Iterator 接口主要包含以下三个核心方法：

boolean hasNext()：判断是否还有下一个元素。
E next()：返回下一个元素，并将内部指针向前移动一位。
void remove()：移除上一次调用 next() 返回的元素（可选操作）。

这些方法构成了一个完整的“遍历流程”，让你可以安全、可控地访问集合内容。

如何使用 Iterator 遍历集合

我们以 ArrayList 为例，演示如何使用 Iterator 遍历集合。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 ArrayList 并添加一些数据
        ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("张三");
        names.add("李四");
        names.add("王五");
        names.add("赵六");

        // 获取 Iterator 实例
        Iterator<String> iterator = names.iterator();

        // 使用 while 循环遍历
        while (iterator.hasNext()) {
            // 获取下一个元素
            String name = iterator.next();
            System.out.println("当前名字：" + name);
        }
    }
}

代码解析：

names.iterator()：调用集合的 iterator() 方法，返回一个 Iterator 对象，用于遍历该集合。
while (iterator.hasNext())：检查是否还有未访问的元素。如果返回 true，则可以安全调用 next()。
iterator.next()：获取下一个元素，并将指针移动到下一位。注意：如果集合为空或已遍历完毕，调用 next() 会抛出 NoSuchElementException。
System.out.println(...)：输出当前元素，用于验证遍历过程。

这个模式虽然比 for-each 稍微繁琐，但它赋予了你更强的控制力。

为什么需要 Iterator？对比传统遍历方式

在 Java 中，我们通常用 for-each 循环来遍历集合，比如：

for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

这确实简洁，但有一个致命缺陷：不能在遍历时安全删除元素。

来看一个常见错误示例：

for (String name : names) {
    if (name.equals("李四")) {
        names.remove(name); // 抛出 ConcurrentModificationException
    }
}

运行这段代码会抛出 ConcurrentModificationException，因为 for-each 内部使用了 Iterator，而你在遍历时修改了集合结构。

而使用 Iterator 就可以安全地删除：

Iterator<String> iterator = names.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String name = iterator.next();
    if (name.equals("李四")) {
        iterator.remove(); // 安全删除
    }
}

关键点： 只有通过 Iterator 的 remove() 方法删除元素，才能避免并发修改异常。这是 Iterator 最重要的优势之一。

Iterator 的 remove() 方法详解

remove() 方法是 Iterator 的一个“特权操作”，它允许你在遍历过程中删除元素，但有严格的使用规则：

必须在调用 next() 之后才能调用 remove()。
不能连续调用两次 remove()，否则会抛出 IllegalStateException。
remove() 只能删除上一次 next() 返回的元素。

下面是一个完整的示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class RemoveExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        numbers.add(4);
        numbers.add(5);

        Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();

        while (iterator.hasNext()) {
            Integer num = iterator.next();
            System.out.println("当前数字：" + num);

            // 如果是偶数，就删除它
            if (num % 2 == 0) {
                iterator.remove(); // 安全删除
            }
        }

        System.out.println("删除偶数后剩余：" + numbers);
    }
}

输出结果：

当前数字：1
当前数字：2
当前数字：3
当前数字：4
当前数字：5
删除偶数后剩余：[1, 3, 5]

注意： 如果你在 next() 之前调用 remove()，程序会抛出 IllegalStateException。因此，remove() 的调用必须与 next() 配对使用。

三种常见的 Iterator 实现类对比

Java 中常见的集合类都提供了 Iterator 的实现，下面是几种典型集合的 Iterator 特性对比：

集合类型	是否支持并发修改	是否有序	是否允许重复	Iterator 特性说明
ArrayList	不支持	是	是	基于数组实现，遍历时不能删除，除非用 Iterator
LinkedList	不支持	是	是	双向链表，支持高效插入删除，但遍历时仍需用 Iterator 安全操作
HashSet	不支持	否	否	无序，基于哈希表，遍历时只能用 Iterator 删除
TreeSet	不支持	是	否	自动排序，元素按自然顺序排列，遍历需用 Iterator

⚠️ 所有集合在遍历时若直接修改结构（如 add/remove），都会触发 ConcurrentModificationException，除非你使用 Iterator 的 remove() 方法。

迭代器模式的设计思想与实际应用

Iterator 并不只是一个工具类，它是一种设计模式——迭代器模式（Iterator Pattern）。它的核心思想是：将遍历逻辑与集合结构解耦。

这意味着，无论你使用的是数组、链表还是树结构，只要实现了 Iterator 接口，就可以用统一的方式遍历。这大大提高了代码的可维护性和扩展性。

在实际开发中，我们经常在以下场景使用 Iterator：

需要在遍历过程中删除某些元素。
遍历自定义数据结构（如树、图）。
需要控制遍历的流程（比如跳过某些元素、提前终止）。
编写框架或库时，希望提供统一的遍历接口。

例如，在一个处理订单的系统中，你可能需要遍历所有未支付订单并发送提醒。如果此时要删除已处理的订单，就必须使用 Iterator：

Iterator<Order> iterator = pendingOrders.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Order order = iterator.next();
    if (order.isProcessed()) {
        iterator.remove(); // 安全移除已处理订单
    }
}

总结与建议

Java Iterator（迭代器）是 Java 集合框架中的重要组成部分。它不仅解决了传统遍历方式在删除元素时的并发问题，还提供了更灵活、更安全的遍历机制。

对于初学者来说，掌握 Iterator 的基本用法是必要的。虽然 for-each 循环更简洁，但当你需要在遍历时修改集合时，Iterator 就是唯一正确的选择。

建议在以下情况优先使用 Iterator：

需要删除集合中的元素。
遍历自定义数据结构。
需要更精细地控制遍历流程（如跳过、提前退出）。
编写通用工具或框架时。

记住：遍历集合时，如果要删除元素，请务必使用 Iterator 的 remove() 方法，否则会抛出异常。

最后，理解 Iterator 的本质，是理解 Java 集合框架设计思想的关键一步。它教会我们：良好的抽象，能让你写出更安全、更可维护的代码。