设计模式之美
王争
前Google工程师,《数据结构与算法之美》专栏作者
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 一对一的设计与编码集训,让你告别没有成长的烂代码!
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设计模式学习导读 (3讲)
01 | 为什么说每个程序员都要尽早地学习并掌握设计模式相关知识?
02 | 从哪些维度评判代码质量的好坏?如何具备写出高质量代码的能力?
03 | 面向对象、设计原则、设计模式、编程规范、重构,这五者有何关系?
设计原则与思想:面向对象 (11讲)
04 | 理论一:当谈论面向对象的时候,我们到底在谈论什么?
05 | 理论二:封装、抽象、继承、多态分别可以解决哪些编程问题?
06 | 理论三:面向对象相比面向过程有哪些优势?面向过程真的过时了吗?
07 | 理论四:哪些代码设计看似是面向对象,实际是面向过程的?
08 | 理论五:接口vs抽象类的区别?如何用普通的类模拟抽象类和接口?
09 | 理论六:为什么基于接口而非实现编程?有必要为每个类都定义接口吗?
10 | 理论七:为何说要多用组合少用继承?如何决定该用组合还是继承?
11 | 实战一(上):业务开发常用的基于贫血模型的MVC架构违背OOP吗?
12 | 实战一(下):如何利用基于充血模型的DDD开发一个虚拟钱包系统?
13 | 实战二(上):如何对接口鉴权这样一个功能开发做面向对象分析?
14 | 实战二(下):如何利用面向对象设计和编程开发接口鉴权功能?
设计原则与思想:设计原则 (12讲)
15 | 理论一:对于单一职责原则,如何判定某个类的职责是否够“单一”?
16 | 理论二:如何做到“对扩展开放、修改关闭”?扩展和修改各指什么?
17 | 理论三:里式替换(LSP)跟多态有何区别?哪些代码违背了LSP?
18 | 理论四:接口隔离原则有哪三种应用?原则中的“接口”该如何理解?
19 | 理论五:控制反转、依赖反转、依赖注入,这三者有何区别和联系?
20 | 理论六:我为何说KISS、YAGNI原则看似简单,却经常被用错?
21 | 理论七:重复的代码就一定违背DRY吗?如何提高代码的复用性?
22 | 理论八:如何用迪米特法则(LOD)实现“高内聚、松耦合”?
23 | 实战一(上):针对业务系统的开发,如何做需求分析和设计?
24 | 实战一(下):如何实现一个遵从设计原则的积分兑换系统?
25 | 实战二(上):针对非业务的通用框架开发,如何做需求分析和设计?
26 | 实战二(下):如何实现一个支持各种统计规则的性能计数器?
设计原则与思想:规范与重构 (11讲)
27 | 理论一:什么情况下要重构?到底重构什么?又该如何重构?
28 | 理论二:为了保证重构不出错,有哪些非常能落地的技术手段?
29 | 理论三:什么是代码的可测试性?如何写出可测试性好的代码?
30 | 理论四:如何通过封装、抽象、模块化、中间层等解耦代码?
31 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(上)
32 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(中)
33 | 理论五:让你最快速地改善代码质量的20条编程规范(下)
34 | 实战一(上):通过一段ID生成器代码,学习如何发现代码质量问题
35 | 实战一(下):手把手带你将ID生成器代码从“能用”重构为“好用”
36 | 实战二(上):程序出错该返回啥?NULL、异常、错误码、空对象?
37 | 实战二(下):重构ID生成器项目中各函数的异常处理代码
设计原则与思想:总结课 (3讲)
38 | 总结回顾面向对象、设计原则、编程规范、重构技巧等知识点
39 | 运用学过的设计原则和思想完善之前讲的性能计数器项目(上)
40 | 运用学过的设计原则和思想完善之前讲的性能计数器项目(下)
设计模式与范式:创建型 (7讲)
41 | 单例模式(上):为什么说支持懒加载的双重检测不比饿汉式更优?
42 | 单例模式(中):我为什么不推荐使用单例模式?又有何替代方案?
43 | 单例模式(下):如何设计实现一个集群环境下的分布式单例模式?
44 | 工厂模式(上):我为什么说没事不要随便用工厂模式创建对象?
45 | 工厂模式(下):如何设计实现一个Dependency Injection框架?
46 | 建造者模式:详解构造函数、set方法、建造者模式三种对象创建方式
47 | 原型模式:如何最快速地clone一个HashMap散列表?
设计模式与范式:结构型 (8讲)
48 | 代理模式:代理在RPC、缓存、监控等场景中的应用
49 | 桥接模式:如何实现支持不同类型和渠道的消息推送系统?
50 | 装饰器模式:通过剖析Java IO类库源码学习装饰器模式
51 | 适配器模式:代理、适配器、桥接、装饰,这四个模式有何区别?
52 | 门面模式:如何设计合理的接口粒度以兼顾接口的易用性和通用性?
53 | 组合模式:如何设计实现支持递归遍历的文件系统目录树结构?
54 | 享元模式(上):如何利用享元模式优化文本编辑器的内存占用?
55 | 享元模式(下):剖析享元模式在Java Integer、String中的应用
设计模式与范式:行为型 (11讲)
56 | 观察者模式(上):详解各种应用场景下观察者模式的不同实现方式
57 | 观察者模式(下):如何实现一个异步非阻塞的EventBus框架?
58 | 模板模式(上):剖析模板模式在JDK、Servlet、JUnit等中的应用
59 | 模板模式(下):模板模式与Callback回调函数有何区别和联系?
60 | 策略模式(上):如何避免冗长的if-else/switch分支判断代码?
61 | 策略模式(下):如何实现一个支持给不同大小文件排序的小程序?
62 | 职责链模式(上):如何实现可灵活扩展算法的敏感信息过滤框架?
63 | 职责链模式(下):框架中常用的过滤器、拦截器是如何实现的?
64 | 状态模式:游戏、工作流引擎中常用的状态机是如何实现的?
65 | 迭代器模式(上):相比直接遍历集合数据,使用迭代器有哪些优势?
66 | 迭代器模式(中):遍历集合的同时,为什么不能增删集合元素?
不定期加餐 (3讲)
加餐一 | 用一篇文章带你了解专栏中用到的所有Java语法
加餐二 | 设计模式、重构、编程规范等相关书籍推荐
春节特别加餐 | 王争:如何学习《设计模式之美》专栏?
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65 | 迭代器模式(上):相比直接遍历集合数据,使用迭代器有哪些优势?

王争 2020-04-01
上一节课,我们学习了状态模式。状态模式是状态机的一种实现方法。它通过将事件触发的状态转移和动作执行,拆分到不同的状态类中,以此来避免状态机类中的分支判断逻辑,应对状态机类代码的复杂性。
今天,我们学习另外一种行为型设计模式,迭代器模式。它用来遍历集合对象。不过,很多编程语言都将迭代器作为一个基础的类库,直接提供出来了。在平时开发中,特别是业务开发,我们直接使用即可,很少会自己去实现一个迭代器。不过,知其然知其所以然,弄懂原理能帮助我们更好的使用这些工具类,所以,我觉得还是有必要学习一下这个模式。
我们知道,大部分编程语言都提供了多种遍历集合的方式,比如 for 循环、foreach 循环、迭代器等。所以,今天我们除了讲解迭代器的原理和实现之外,还会重点讲一下,相对于其他遍历方式,利用迭代器来遍历集合的优势。
话不多说,让我们正式开始今天的学习吧!

迭代器模式的原理和实现

迭代器模式(Iterator Design Pattern),也叫作游标模式(Cursor Design Pattern)。
在开篇中我们讲到,它用来遍历集合对象。这里说的“集合对象”也可以叫“容器”“聚合对象”,实际上就是包含一组对象的对象,比如数组、链表、树、图、跳表。迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来,放到迭代器类中,让两者的职责更加单一。
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精选留言(20)

  • pedro
    第一个问题,使用 for-each 或者 iterator 进行迭代删除 remove 时,容易导致 next() 检测的 modCount 不等于 expectedModCount 从而引发 ConcurrentModificationException。
    在单线程下,推荐使用 next() 得到元素,然后直接调用 remove(),注意是无参的 remove; 多线程情况下还是使用并发容器吧😃
    2020-04-01
    1
    9
  • 国奉
    漏掉状态模式实现电商的案例了
    2020-04-01
    7
  • 守拙
    在 Java 中,如果在使用迭代器的同时删除容器中的元素,会导致迭代器报错,这是为什么呢?如何来解决这个问题呢?

    通过阅读Java11 ArrayList#Iterator源码:

    iterator#remove()中, 调用外部类ArrayList#remove(), 通过下标移除元素. ArrayList内部维护modCount成员变量, 表示一次遍历中修改次数. Iterator通过remove()修改前, 会核对Iterator自己的exceptedModCount和ArrayList的modCount是否一致, 若不一致, 说明出现了并发问题, 会抛出异常. 若一致, 正常移除数据, 并更新modCount



    结论: 1. 通过Iterator遍历集合时, 必须通过Iterator#remove()移除元素.

    ​ 2. 避免在并发情形修改集合, 或使用CopyOnWriteArrayList
    2020-04-01
    5
  • 课后题1:
          java中,容器中有int类型的变量ModCount来记录修改次数,每次新增或者删除容器内对象时都会给这个变量+1
          在创建迭代器时会初始化一个变量expectedModCount(期待的操作次数) = ModCount,记录当前容器的增删操作次数,在使用迭代器时会不断检查expectedModCount是否等于ModCount(这个方式类似版本号机制,CAS解决ABA问题的方法),当他们不相等时就会抛异常
    解决方法:
    1.利用Arrays.copy方法,每次迭代前复制出一份副本,迭代这个副本(有可能会导致迭代的数据不一致)
    2.如果是轮询的方式去执行,可以不用管这个异常,交给下一次轮询去处理
    3.如果这个迭代操作最后产生的数据要返回给用户,也可以catch到这个异常时直接返回"数据正在处理中,请稍后再试"
    ps:如果这个场景有线程安全问题,建议用方法1,用副本来迭代 。
          使用并发安全容器并不能解决所有的并发安全问题,因为线程安全可以分为绝对安全,相对安全,线程兼容和线程对立,绝对安全的成本太高,我们通常说的线程安全都是相对安全,即这个对象的单次操作时是线程安全的(举例:一次delete或者一次fori循环处理操作,分别是安全的,但是如果一条线程在做delete操作,另一条线程用fori循环处理,那么fori循环这条线程势必会出现异常),而我们常说的并发安全容器HashTable,ConcurrentHashMap都是相对安全
        最后,没有最好的方案,只有最合适的方案,应该根据具体的场景选择合适的处理方式
    2020-04-01
    4
  • Corner
    因为在迭代器中保存的游标和集合有一致性关系(大小,元素位置)。迭代器外部删除集合元素将导致其保存的游标位置与集合当前状态不一致。解决方法是由迭代器本身提供删除方法,这样可以感知到删除操作以便调整本身保存的游标。
    2020-04-01
    3
  • pedro
    第二个问题,ResultSet 内部通过维护一个类型为 ResultSetRows 的 rowData 变量来实现迭代,而 rowData 的迭代方法本质就是实现了标准库的 Iterator 接口。
    2020-04-01
    2
  • rayjun
    这是因为 Java 迭代器中实现了 fail-fast 的机制
    2020-04-01
    2
  • 成立-Charlie
    在使用迭代器遍历过程中,如果删除即其中的元素,因为集合中元素的数量发生了变化,会出错。我想到的解决方法是在遍历的过程中对集合进行加锁处理,但这样做会影响到效率。所以不确定是不是最好的办法。
    2020-04-01
    2
  • 小晏子
    以ArrayList为例,ArrayList.iterator()返回回来的Iterator<E>里面的hasNext()是不关心modification count的,参考链接:https://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/tip/src/share/classes/java/util/ArrayList.java#l830, 而next()会去检查modification count, 参考https://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/tip/src/share/classes/java/util/ArrayList.java#l835, 所以如果通过ArrayList.iterator()获取了一个新的iterator,然后删除了某个位置的元素,然后再调用iterator.hasNext()有可能会得到false,于是就退出了循环不会再继续执行,基于此考虑,JavaDoc定义了fast-fail原则,参考“https://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/tip/src/share/classes/java/util/ArrayList.java#l73”。
    2020-04-01
    1
  • 李小四
    设计模式_65:
    # 作业
    1. 刚看了一下源码,Java容器会校验修改次数`modCount`,与预期不一致就会抛出异常,这个设计是合理的:因为在使用迭代器的同时删除元素,很可能会带来数据的错误,甚至导致程序的崩溃,及时地暴露错误是正确的做法。

    如何解决:单线程中使用`iterator.remove()`方法删除,多线程中使用并发集合。


    # 感想
    最早使用迭代器,是因为for循环删除元素会导致错误,就像今天的问题1。
    现在看来,迭代器更重要的作用是解耦,呼应前面的原则就是`开闭原则`、`单一职责原则`、`里氏替换原则`。。。
    2020-04-01
    1
  • 攻城拔寨
    第一个问题:迭代器中包含了集合的大小和位置信息。直接删除元素,迭代器感知不到,迭代器大小位置因为不正确,继续遍历下去出现问题(如 index 溢出)。
    删除需要调用 iterator 本身的 remove 方法,而 foreach 并不能直接调用。所以只能通过原始的迭代器方法遍历。
    2020-04-01
    1
  • Ken张云忠
    1.在 Java 中,如果在使用迭代器的同时两次删除容器中的元素,会导致迭代器报错,这是为什么呢?如何来解决这个问题呢?
    java.util.AbstractList中名为modCount的filed用来记录这个集合被结构性修改的次数;
    内部类迭代器java.util.ArrayList.Itr中会有个名为expectedModCount的field,用来记录当前集合被修改的次数,当删除元素时会modCount会加1,而expectedModCount却保持不变,当再继续遍历时会检查modCount与expectedModCount是否相等,如果不相等就会抛出异常,中止程序往下执行.
    解决方式,当删除元素时将更新的modCount同步给expectedModCount.

    2.除了编程语言中基础类库提供的针com.mysql.cj.jdbc.result.ResultSetImpl对集合对象的迭代器之外,实际上,迭代器还有其他的应用场景,比如 MySQL ResultSet 类提供的 first()、last()、previous() 等方法,也可以看作一种迭代器,你能分析一下它的代码实现吗?
    com.mysql.cj.jdbc.result.ResultSetFactory将数据集com.mysql.cj.protocol.ResultsetRows作为构造参数传递给迭代器com.mysql.cj.jdbc.result.ResultSetImpl, ResultSetImpl实现了接口java.sql.ResultSet中的first()、last()、previous() 等函数,当我们上层遍历集合时只需调用操作java.sql.ResultSet既可以了,而当我们想要更换成oracle的jdbc时只需替换实现的依赖包即可,上层应用代码无需任何改动,迭代器模式将数据集与遍历操作进行了解耦才使我们可以轻松替换底层jdbc实现,这也符合软件开发中倡导的开闭原则.
    2020-04-03
  • Geek_3b1096
    了解foreach两者的差异
    2020-04-03
  • Geek_27a248
    看评论想到的都是迭代器性质的移除元素会报错,就是评论中给出的fail-fast机制吧,当时还看过源码,现在自己代码中删除元素都是用的普通的循环,也没使用加锁,,不知道有没有什么好的方案可以实现
    2020-04-01
  • 勤劳的明酱
    这里有哥问题是ArrayList和LinkedList都是线性的,那么为什么还要使用迭代器模式呢?
    2020-04-01
  • Geek_54edc1
    思考题一:迭代器外部删除元素会导致状态不一致,使得迭代器失效;解决方法是迭代器类提供删除方法。
    2020-04-01
  • 业余爱好者
    对客户端而言,迭代器抽象掉了各种不同的数据结构遍历的底层细节,提供了统一的接口。
    2020-04-01
  • Heaven
    1.因为在一般的迭代器的内部维护了一个记录长度的属性,在进行删除之前,会进行对比,如果发现已经被修改了,那就意味着可能会造成删除了本不应该删得数值了,所以多线程下,考虑使用加锁吧,或者使用原子类
    2.其实两者实现的功能相同,就是在ResultSet中,将原本的next和hashNext方法进行了集合,这可能是因为数据实际上还是存储在了MySQL中导致的,在遍历获取对应的数据的时候,直接while(rs.next())即可,不需要进行判断即可
    2020-04-01
  • test
    java的迭代器中,容器size是保存在迭代器的变量里面的,如果remove则会导致size变化,所以fail-fast了。
    2020-04-01
  • 马以
    和map集合一样快速失败机制;给遍历对象加把锁
    2020-04-01
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