隨著本學(xué)期的結(jié)束，我想我會分享一個關(guān)于我對Java迭代器非常非常熟悉的小故事。

現(xiàn)實(shí)世界語境

就上下文而言，我教第二年的軟件組件課程，這是嘗試進(jìn)入該專業(yè)的學(xué)生的最后障礙。 當(dāng)然，這門課程對學(xué)生來說壓力很大，我經(jīng)常必須加倍努力，為他們提供一切成功的機(jī)會。

不幸的是，本學(xué)期我們被大流行所籠罩，不得不轉(zhuǎn)換為在線教學(xué)。 結(jié)果，我們不得不對教學(xué)做出一些快速決策，從而改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。 特別是，我們將所有的紙筆考試都轉(zhuǎn)換為在線測驗(yàn)。

對于某些學(xué)生來說，這是一個很大的祝福。 畢竟，這些測驗(yàn)并沒有比考試更困難，因此我們將其設(shè)為公開考試。 換句話說，我們使課程變得更容易讓他們通過。

當(dāng)然，學(xué)生遍布世界各地，他們無法獲得所需的幫助。 此外，學(xué)生沒有像考試那樣認(rèn)真地學(xué)習(xí)。 這種組合創(chuàng)造了一些非常糟糕的測驗(yàn)分?jǐn)?shù)。

到我們進(jìn)行第四個測驗(yàn)時，學(xué)生們已經(jīng)非常沮喪。 實(shí)際上，我從幾位教師那里聽說他們的學(xué)生已經(jīng)厭倦了“技巧性問題”。 作為一名講師，聽到這有些令人沮喪，因?yàn)樗鼈兪欠浅５湫偷目荚噯栴}。 我們并沒有為他們增加困難，但這是我第一次聽到這些抱怨。

示例問題

然后，發(fā)生了一些奇怪的事情。 我們給了他們一個我真的不知道答案的問題，結(jié)果有點(diǎn)類似以下內(nèi)容：

以下代碼片段后面的Set <NaturalNumber> nums變量的值是什么？

Set<NaturalNumber> nums = new SomeSetImplementation<>(); nums.add( new NaturalNumber2( 1 )); nums.add( new NaturalNumber2( 5 )); nums.add( new NaturalNumber2( 6 )); for (NaturalNumber n : nums) { n.increment(); }

當(dāng)然，學(xué)生的選擇如下：

• nums = {1，5，6，2，6，7}
• nums = {2，6，7}
• nums = {1，5，6}
• 從提供的信息中無法分辨。

現(xiàn)在，就上下文而言，此示例中有一些內(nèi)部組件。

首先，NaturalNumber是一個可變的類，表示無界的非負(fù)整數(shù)。 換句話說，NaturalNumber的范圍可以從零到無窮大。 此外，可以使用一系列基本數(shù)學(xué)運(yùn)算來修改NaturalNumber，如下所示：

• increment()加1 this
• add(NaturalNumber n) ：將n添加this

此外，這個問題讓使用的Set是類似于一個數(shù)學(xué)集合。 這里的想法是Set具有兩個主要屬性：

Set缺少重復(fù)項(xiàng)（即{1，2，1}不是合法集合）。

Set是無序的（即{1，2，3}和{3，2，1}是等效的）。

作為參考，如果您有興趣詳細(xì)信息，請在課程網(wǎng)站上完整地記錄這兩個組件 。 所有組件均使用“按合同設(shè)計”編寫，因此每種方法都將包括一個適當(dāng)?shù)暮贤?#xff0c;其中前置條件用@requires表示，后置條件用@ensures表示。

此外，我們使用@ restores，@ updates，@ clears和@replaces等參數(shù)模式標(biāo)記每個參數(shù)。 當(dāng)然，這超出了本文的范圍。

解決問題

現(xiàn)在，我重申一下，我一開始不確定確切的答案。 顯然，第一個答案（即{1、5、6、2、6、7}）是錯誤的，因?yàn)樵黾踊A(chǔ)值不會為Set添加新值-或我認(rèn)為。 使用相同的邏輯，我還假設(shè)第三組（即{1，5，6}）顯然是不正確的，因?yàn)槲覀冿@然是在改變基礎(chǔ)值。

在這一點(diǎn)上，我相當(dāng)有信心第二個答案（即{2，6，7}）是正確的，我的學(xué)生中有87％也是正確的。 當(dāng)然，我有答案鍵，因此我不得不挑戰(zhàn)自己以理解為什么正確答案實(shí)際上是最終答案（即“無法從提供的信息中分辨出來。”）。

現(xiàn)在，根據(jù)本文的標(biāo)題，您可能已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于我。 沒關(guān)系！ 但是，我沒有立即得出這個結(jié)論。 相反，我退后一步，決定實(shí)際繪制Set 。

當(dāng)然，當(dāng)您嘗試這樣做時會遇到幾個主要問題。 首先，正如我之前提到的， Set沒有順序。 結(jié)果，我們?nèi)绾瓮茢嗟陂g哪個元素優(yōu)先？ 我們會嘗試所有可能的配置嗎？

這些是我還沒有準(zhǔn)備好應(yīng)對的問題。 幸運(yùn)的是，事實(shí)證明，按外觀順序進(jìn)行迭代可以節(jié)省很多時間。 看一看：

{ 1 , 5 , 6 } // Initial state { 2 , 5 , 6 } // After incrementing the first element { 2 , 6 , 6 } // After incrementing the second element

哦哦！ 我們打破了第一條規(guī)則： Set不能包含重復(fù)項(xiàng)。 因此，我們無法確定結(jié)果Set將是什么樣。 我的最終答案是D：“無法從提供的信息中分辨出來。”

不幸的是，這種解釋并不令我滿意。 就像，我知道Set不能包含重復(fù)項(xiàng)，但是打破該規(guī)則的實(shí)際后果是什么？ 換句話說，如果情況如此糟糕，我們?yōu)槭裁催€要授予用戶訪問基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的權(quán)限？

我認(rèn)為，用戶僅應(yīng)在刪除數(shù)據(jù)后才能訪問數(shù)據(jù)。 總的來說，我認(rèn)為圖書館在這方面做得很好。 如果Set沒有實(shí)現(xiàn)Iterable ，那么我們將Iterable 。

Java迭代器簡介

這給我?guī)砹艘粋€甚至更奇怪的問題：Java迭代器。 為了使此代碼起作用， Set必須實(shí)現(xiàn)Iterable，這意味著為基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)定義一個Iterator。

現(xiàn)在，如果您曾經(jīng)編寫自己的迭代器，那么您就需要執(zhí)行以下操作：

new Iterator<T>() { @Override public boolean hasNext() { ... } @Override public T next() { ... } @Override public void remove() { ... } }

這里，基本思想是我們定義某種可以充當(dāng)惰性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。 如果您熟悉其他語言（例如Python）的生成器表達(dá)式 ，則有相同的想法：我們創(chuàng)建了一個對象，該對象可以從一系列項(xiàng)目中一次返回一個項(xiàng)目。

在實(shí)踐中， Iterator工作方式是繼續(xù)通過next()方法提供項(xiàng)，直到?jīng)]有返回值為止（ 這可能永遠(yuǎn)不會發(fā)生 ）。 在有界序列中，我們知道何時停止，因?yàn)閔asNext()方法將返回false 。 這些方法一起可以作為循環(huán)機(jī)制的核心：

while (iter.hasNext()) { T item = next(); }

通過使一個類實(shí)現(xiàn)Iterable ，我們可以利用一些Java語法糖，稱為for-each循環(huán)：

for (T item: collection) { ... }

Java迭代器警告

在上面定義的問題中，我們能夠遍歷Set因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了Iterable 。

當(dāng)然，僅因?yàn)槲覀兡軌虮闅v數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不意味著我們不會遇到任何問題。 畢竟， Iterator類具有一些自己的規(guī)則。 也許最重要的規(guī)則可以在remove()方法的描述中找到：

從基礎(chǔ)集合中移除此迭代器返回的最后一個元素（可選操作）。 每次調(diào)用next()只能調(diào)用一次此方法。 如果在迭代進(jìn)行過程中以其他方式（而不是通過調(diào)用此方法）修改了基礎(chǔ)集合，則未指定迭代器的行為。

Java 8文檔 （捕獲于04/23/2020）

記住我曾說過修改NaturalNumber是不好的，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致重復(fù)。 好吧，基于此定義，修改Set可能會導(dǎo)致無法預(yù)測的行為。

當(dāng)然，這對我提出了一個問題： 修改基礎(chǔ)集合意味著什么。 對于Java集合，for-each循環(huán)不允許從集合中添加或刪除項(xiàng)目。 在這些情況下，我們可以期望看到ConcurrentModificationException （ docs ）。

現(xiàn)在，該錯誤并不普遍。 畢竟， Iterator如何知道集合是否已被修改？ 事實(shí)證明，該行為是自定義地烘焙到每個集合的next()方法中的。 例如，使用List集合， 當(dāng)列表的大小更改時，拋出 ConcurrentModificationException 。 換句話說，每次調(diào)用next()都會檢查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整性。

由于集合利用泛型類型，因此不可能考慮可能出現(xiàn)的所有不同類型的情況。 結(jié)果， next()無法檢測是否有任何數(shù)據(jù)在沒有跟蹤狀態(tài)的情況下發(fā)生了變異。 例如，檢查列表中是否有任何值更改可能需要存儲先前狀態(tài)的副本并定期檢查該先前狀態(tài)。 那不便宜！

更糟糕的是，我們還沒有真正討論修改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對實(shí)際迭代過程可能產(chǎn)生的影響。 例如，如果next()以某種方式依賴于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，則對其進(jìn)行更改顯然會更改接下來要執(zhí)行的操作。

想象一下，我們有一個用于列表的Iterator ，其項(xiàng)必須實(shí)現(xiàn)Comparable 。 然后，我們以始終返回已排序順序的下一個值的方式制作此Iterator 。 如果然后要修改基礎(chǔ)值，則可以創(chuàng)建一個永遠(yuǎn)不會遍歷整個列表的循環(huán)：

[ 1 , 2 , 3 ] // next() returns 1 which we scale by 5 [ 5 , 2 , 3 ] // hasNext() claims there are no other values

現(xiàn)在，這并不理想。 通常，您希望for-each循環(huán)實(shí)際上遍歷整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而這根本沒有做到這一點(diǎn)。

再談集合問題

在這一點(diǎn)上，我們有機(jī)會從兩個不同的角度來討論Set問題：

如果我們通過生成重復(fù)項(xiàng)來使Set無效，會發(fā)生什么情況？

如果我們通過修改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使for-each循環(huán)無效，會發(fā)生什么？

現(xiàn)在，我想借此機(jī)會談?wù)剤?zhí)行問題代碼片段時實(shí)際可能發(fā)生的情況：

Set<NaturalNumber> nums = new SomeSetImplementation<>(); nums.add( new NaturalNumber2( 1 )); nums.add( new NaturalNumber2( 5 )); nums.add( new NaturalNumber2( 6 )); for (NaturalNumber n : nums) { n.increment(); }

假設(shè)Set的Iterator沒有花哨的修改檢測，則大多數(shù)人期望的結(jié)果可能是相同的Set ：{2，6，7}。

另一個可能的結(jié)果是我們得到一個Set ，其中僅某些值遞增。 就像我之前說過的那樣， next()方法可能取決于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來決定接下來要做什么。

在這種情況下，我們可能會得到增量輸出的任何組合：

• {2，5，6}
• {1，6，6}
• {1，5，7}
• {2，6，6}
• {2，5，7}
• {1，6，7}

無論哪種情況，我們都不是完全安全的。 當(dāng)然， Set看起來一樣，但是真的一樣嗎？

讓我們想象一下，該Set是使用哈希表實(shí)現(xiàn)的。 這提供了能夠快速檢查重復(fù)項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)，但是需要更多的維護(hù)。 例如，如果要更改Set的值，則必須重新計算哈希并檢查沖突。

當(dāng)我們直接修改NaturalNumber ，我們將跳過此維護(hù)階段。 結(jié)果，我們的哈希表仍將包含原始的三個哈希。 例如，當(dāng)有人檢查Set中是否包含兩個時，該方法將錯誤地返回false 。

當(dāng)然，這是一個實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 很可能根本沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。 該程序繼續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，沒有人注意。 但是，與所有實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)一樣，我們不能依賴于它們的假定行為。 換句話說，該程序仍然是不可預(yù)測的。

除了未成年人， Set的Java實(shí)現(xiàn)實(shí)際上指出了這個確切的問題：

注意：如果將可變對象用作集合元素，則必須格外小心。 如果對象的值更改為影響相等比較的方式，而該對象是集合中的元素，則不指定集合的??行為。 此禁止的一種特殊情況是，不允許集合將自身包含為元素。

Java Set文檔 （查看04/24/2020）

看起來很難組合一個不存在可變類型問題的Set實(shí)現(xiàn)。 我不知道那是關(guān)于可變類型的...

什么是外賣？

最后，我認(rèn)為Iterator文檔的編寫方式讓用戶玩的很好。 換句話說，當(dāng)它說：

如果在迭代進(jìn)行過程中以其他方式（而不是通過調(diào)用此方法）修改了基礎(chǔ)集合，則未指定迭代器的行為。

它的真正含義是“ 以任何方式” 。 當(dāng)然，我永遠(yuǎn)無法證實(shí)這些懷疑，所以我很想看看其他人怎么說。

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翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2020/04/be-careful-when-modifying-data-while-using-a-java-iterator.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的使用Java迭代器修改数据时要小心的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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