面向对象设计模式在JDK源码中的应用:深度剖析Collection对象体系

小明酱_4480

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2026-05-15

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原创

Collection接口体现工厂方法模式,AbstractCollection践行模板方法模式,Iterable+Iterator实现迭代器模式,Collections.synchronizedXxx应用装饰器模式。

面向对象设计模式在jdk源码中的应用:深度剖析collection对象体系

Collection 接口本身不提供实现,但它是一套面向对象设计思想的集中体现——不是靠堆砌功能,而是靠角色分离、职责清晰、扩展开放来支撑整个集合框架的稳定与演进。

Collection 是抽象工厂,iterator() 是工厂方法

Collection 接口定义了 iterator() 这个抽象方法,却不指定返回哪个具体迭代器。它把“创建遍历能力”的责任交给子类:ArrayList 返回自己的私有内部类 ArrayList$Itr,LinkedList 返回 LinkedList$ListItr,HashSet 则委托给其 HashMap 的 keySet 迭代器。这种“接口定义行为,子类决定实现”的结构,正是工厂方法模式的标准实践。

好处很明显:

  • 上层代码只依赖 Collection 和 Iterator 接口,完全不用关心底层是数组、链表还是哈希表
  • 新增集合类型(比如自定义 SkipList)只需实现 iterator(),就能无缝接入 foreach、Stream 等所有基于 Iterable 的设施
  • 迭代逻辑与存储逻辑彻底解耦,修改 ArrayList 内部结构不影响 Itr 的契约,反之亦然

AbstractCollection 提供模板骨架,践行模板方法模式

AbstractCollection 是一个典型模板类:它实现了 Collection 接口中大部分默认行为(如 contains、addAll、removeAll),但把最核心的两个操作——size() 和 iterator()——留作抽象方法,强制子类实现。

比如 contains 方法源码本质就是:

遍历 iterator() 得到的迭代器,逐个 equals 比较

这意味着:只要子类正确提供 size 和 iterator,就自动获得一套完整、可靠、无需重复编写的通用方法。这正是模板方法模式的价值——封装不变流程,提取可变环节。

实际开发中,若你写一个只读日志集合,继承 AbstractCollection 后只需实现那两个抽象方法,其余二十多个操作全开箱即用。

Iterable + Iterator = 迭代器模式的经典落地

foreach 语句能作用于所有集合,靠的不是语法魔法,而是 JDK 对迭代器模式的严格贯彻。Iterable 接口仅声明一个 iterator() 方法,Iterator 接口则封装了 hasNext()/next() 的状态游标机制。

关键设计细节包括:

  • Iterator 是一次性消费型对象:调用 next() 后内部指针移动,不可回退(ListIterator 是特例,支持双向)
  • remove() 默认抛 UnsupportedOperationException,是否支持删除由具体迭代器决定(如 ArrayList$Itr 支持,Collections.unmodifiableList 的迭代器不支持)
  • forEachRemaining 方法利用 Consumer 函数式接口,把“遍历+动作”封装成原子操作,避免手动 while 循环出错

同步与装饰:Collections.synchronizedXxx 是装饰器模式的轻量应用

ArrayList 本身不带线程安全,Vector 又因处处加锁性能差。JDK 给出的折中方案是 Collections.synchronizedList(new ArrayList()) ——它不改变原集合,而是在外层包一层代理对象。

这个代理:

  • 持有原始 List 引用
  • 所有 public 方法都加 synchronized 块再转发给底层
  • 不侵入 ArrayList 源码,也不强制用户改用 Vector

这就是装饰器模式:动态增强对象能力,符合开闭原则。类似的还有 unmodifiableXxx、checkedXxx 等工具方法,都是在不修改原类的前提下叠加新语义。

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