Iterator 迭代器原理、用法与面试高频问题

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在 Java 集合框架中，Iterator（迭代器） 是一个非常基础、却又经常被低估的接口。

它不仅是：

• for-each 循环的底层实现
• 集合遍历的统一方式

同时也是 面试中的高频考点，尤其是：

• fail-fast 机制
• 遍历过程中删除元素
• ConcurrentModificationException 的成因

本文将从 设计思想 → 基本用法 → 核心特性 → 面试问题 的顺序，系统讲解 Iterator。

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一、什么是 Iterator？为什么需要它？

1️⃣ Iterator 的本质

Iterator 是一种设计模式，用于：

在不暴露集合内部结构的前提下，顺序访问集合中的元素。

它提供了一套统一的遍历接口，让我们不必关心集合的底层实现。

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2️⃣ 没有 Iterator 之前的问题

在 Iterator 出现之前，遍历通常依赖集合本身的结构：

// 数组遍历
int[] arr = new int[10];
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    int value = arr[i];
}

// List 遍历
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    String s = list.get(i);
}

这种方式存在明显问题：

• ❌ 遍历逻辑和数据结构强耦合
• ❌ 不同集合写法不同，无法复用
• ❌ 集合类型变化，遍历代码也要改

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3️⃣ Iterator 解决了什么？

Iterator 做的事情可以总结为一句话：

把“怎么遍历”这件事，从集合中抽离出来。

优点：

• 统一遍历方式
• 屏蔽底层结构
• 提高代码通用性和可维护性

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二、Iterator 的基本使用方式

1️⃣ 获取 Iterator

Collection<String> collection = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = collection.iterator();

所有实现了 Collection 接口的集合，都可以通过 iterator() 获取迭代器。

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2️⃣ 遍历集合

while (iterator.hasNext()) {
    String element = iterator.next();
    // 处理元素
}

这是 Iterator 的标准用法模板。

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3️⃣ 遍历过程中安全删除元素

while (iterator.hasNext()) {
    String element = iterator.next();
    if ("target".equals(element)) {
        iterator.remove(); // 安全删除
    }
}

⚠️ 这是 Iterator 非常重要的能力之一。

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三、Iterator 的核心特性（面试重点）

1️⃣ fail-fast（快速失败机制）

核心现象：

在迭代过程中，如果集合被“非迭代器方式”修改，会抛出
ConcurrentModificationException

for (String s : list) {
    list.remove(s); // ❌ 可能抛异常
}

底层原因（面试必考）：

• 集合内部维护一个 modCount
• Iterator 内部也维护一个期望的修改次数
• 两者不一致 → 立即抛异常

📌 目的不是线程安全，而是尽早暴露错误

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2️⃣ 单向遍历

• Iterator 只能 从前往后
• 不支持反向遍历

👉 如果需要双向遍历，应使用 ListIterator

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3️⃣ 统一遍历接口

无论底层集合是：

• ArrayList
• LinkedList
• HashSet

都可以使用同一套 Iterator 代码遍历。

📌 这正是 Iterator 设计的核心价值。

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4️⃣ 惰性遍历（延迟加载）

Iterator：

• 每次只取一个元素
• 不会一次性加载全部数据

适合：

• 大数据量集合
• 流式处理场景

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5️⃣ 支持安全删除（唯一正确方式）

✔ 正确：

iterator.remove();

❌ 错误：

collection.remove(element);

面试结论：

遍历时删除元素，只能用 Iterator 的 remove 方法。

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四、Iterator 与 ListIterator 的区别（面试高频）

对比项	Iterator	ListIterator
适用集合	List / Set	仅 List
遍历方向	单向	双向
是否可插入	❌	✅
是否可替换	❌	✅
继承关系	接口	继承 Iterator

ListIterator 特有方法

• hasPrevious()
• previous()
• add(E e)
• set(E e)

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五、面试常考问题解析

1️⃣ 为什么遍历时修改集合会抛异常？

因为 Iterator 和集合内部维护的修改次数不一致，触发 fail-fast 机制。

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2️⃣ 为什么不能用集合的 remove，而要用 iterator.remove？

• 集合的 remove 不会通知 Iterator
• Iterator.remove 会同步更新内部状态

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3️⃣ for-each 和 Iterator 的关系？

• for-each 底层就是 Iterator
• 语法糖而已
• 删除元素仍然必须使用 Iterator

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4️⃣ 为什么说 Iterator 是轻量级对象？

• 不复制集合
• 只保存当前位置指针
• 创建成本低

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5️⃣ 为什么说 Iterator 提供了统一接口？

• 屏蔽集合差异
• 遍历逻辑与实现解耦
• 符合面向接口编程思想

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六、常见错误与注意事项

1️⃣ next() 前必须 hasNext()
2️⃣ remove() 必须在 next() 之后
3️⃣ 不能连续调用 remove()
4️⃣ 只读集合可能不支持 remove()

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七、综合示例

// List 遍历
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Java", "Python", "C++"));
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if ("Python".equals(s)) {
        it.remove();
    }
}

// Map 遍历
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
Iterator<Map.Entry<Integer, String>> mapIt = map.entrySet().iterator();
while (mapIt.hasNext()) {
    Map.Entry<Integer, String> entry = mapIt.next();
    System.out.println(entry.getKey() + " = " + entry.getValue());
}

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八、总结

Iterator 是 Java 集合框架中极其重要但容易被忽视的接口。

你至少需要牢牢记住：

• Iterator 的设计目的
• fail-fast 机制的原理
• 遍历删除元素的正确方式
• Iterator 与 ListIterator 的区别
• for-each 的底层实现

一句话总结：

Iterator 是集合遍历的“标准答案”，也是判断自己是否真正理解集合框架的重要依据。