Iterator パターンを使用してオブジェクトを String に変換する

JSOM、XML、Java Beans、その他のオブジェクトを操作するとき、最初に訪問者のパターンを考えるかもしれません。ただし、訪問者パターンを使用すると、呼び出しコードからのコールバックを制御するのは困難です。たとえば、すべてのコールバック サブブランチおよびリーフ ノードからブランチを条件付きでスキップすることはできません。この問題を解決するには、Iterator パターンを使用してオブジェクト全体を走査し、開発者が読み取ってデバッグしやすい文字列を生成します。このイテレータは非常に多用途であり、XPath を使用して Java オブジェクトを検索するツールと、StackHunter で例外をログに記録するツールの両方で使用しました。

API

この記事では主に StringGenerator と ObjectIterator の 2 つのクラスを紹介します。

String Generator

StringGenerator ツール クラスは、オブジェクトを文字列に変換してオブジェクトを読みやすくします。これを使用して、クラスの toString メソッドを実装したり、オブジェクトの文字列式をログ デバッグ コードとして使用したりできます。

package com.stackhunter.util.tostring.example;
 
import com.stackhunter.example.employee.Department;
import com.stackhunter.example.employee.Employee;
import com.stackhunter.example.employee.Manager;
import com.stackhunter.example.people.Person;
 
import com.stackhunter.util.tostring.StringGenerator;
 
public class StringGeneratorExample {
 
    public static void main(String[] args) {
        Department department = new Department(5775, "Sales")
        .setEmployees(
                new Employee(111, "Bill", "Gates"), 
                new Employee(222, "Howard", "Schultz"), 
                new Manager(333, "Jeff", "Bezos", 75000));
 
        System.out.println(StringGenerator.generate(department));
        System.out.println(StringGenerator.generate(new int[] { 111, 222, 333 }));
        System.out.println(StringGenerator.generate(true));
    }
 
}

StringGenerator.generate() は、出力用に部門、配列、およびブール値をフォーマットします。

com.stackhunter.example.employee.Department@129719f4
  deptId = 5775
  employeeList = java.util.ArrayList@7037717a
    employeeList[0] = com.stackhunter.example.employee.Employee@17a323c0
      firstName = Bill
      id = 111
      lastName = Gates
    employeeList[1] = com.stackhunter.example.employee.Employee@57801e5f
      firstName = Howard
      id = 222
      lastName = Schultz
    employeeList[2] = com.stackhunter.example.employee.Manager@1c4a1bda
      budget = 75000.0
      firstName = Jeff
      id = 333
      lastName = Bezos
  name = Sales
[I@39df3255
  object[0] = 111
  object[1] = 222
  object[2] = 333
true

Object Iterator

ObjectIterator は、反復子パターンを使用してオブジェクトのプロパティを走査し、キーと値のペアの形式で保存します。オブジェクト内の Java Bean、コレクション、配列、マップは反復する必要があります。 ObjectIterator は、オブジェクト間の循環参照の処理も考慮します。

package com.stackhunter.util.tostring.example;
 
import com.stackhunter.example.employee.Department;
import com.stackhunter.example.employee.Employee;
import com.stackhunter.example.employee.Manager;
import com.stackhunter.util.objectiterator.ObjectIterator;
 
public class ObjectIteratorExample {
 
    public static void main(String[] args) {
        Department department = new Department(5775, "Sales")
        .setEmployees(
                new Employee(111, "Bill", "Gates"), 
                new Employee(222, "Howard", "Schultz"), 
                new Manager(333, "Jeff", "Bezos", 75000));
 
        ObjectIterator iterator = new ObjectIterator("some department", department);
         
        while (iterator.next()) {
            System.out.println(iterator.getName() + "=" + iterator.getValueAsString());
        }
    }
 
}

オブジェクト全体を走査して、キーと値のペアのコレクションを生成します。出力をフォーマットするには、toString() の代わりに getValueAsString() メソッドを使用します。プリミティブ型、ラップされた型、文字列、日付、および列挙型には、元の toString() 実装を使用します。それ以外の型の場合はクラス名とハッシュ値が出力されます。

ObjectIterator.getDepth() はインデントを増やし、出力を読みやすくします。 next() を呼び出す前に nextParent() を使用して、現在のブランチを短縮し、次の属性にジャンプします。

some department=com.stackhunter.example.employee.Department@780324ff
deptId=5775
employeeList=java.util.ArrayList@6bd15108
employeeList[0]=com.stackhunter.example.employee.Employee@22a79c31
firstName=Bill
...

Java オブジェクト イテレータの具体的な実装

イテレータ パターンを実装する最初のステップは、一般的なイテレータ インターフェイス、IObjectIterator を作成することです。このインターフェースは、トラバースされるオブジェクトが Java Bean、配列、マップのいずれであるかに関係なく使用できます。

public interface IObjectIterator {
    boolean next();
    String getName();
    Object getValue();
}

このインターフェースを使用して、現在の属性の名前と値を 1 回の順序で取得します。

IObjectIterator を実装するクラスは、特定の型のオブジェクトを処理するために使用されます。ほとんどのクラスは getName() を呼び出して名前のプレフィックスを返します。 ArrayIterator は要素のインデックスを使用します: return name + "[" + nextIndex + "]";。

Property Iterator

PropertyIterator はおそらく最も重要な反復クラスです。 Java Bean のイントロスペクションを使用してオブジェクトのプロパティを読み取り、それらを一連のキーと値のペアに変換します。

public class PropertyIterator implements IObjectIterator {
 
    private final Object object;
    private final PropertyDescriptor[] properties;
    private int nextIndex = -1;
    private PropertyDescriptor currentProperty;
 
    public PropertyIterator(Object object) {
        this.object = object;
        try {
            BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(object.getClass());
            properties = beanInfo.getPropertyDescriptors();
        } catch (RuntimeException e) {
            throw e;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage(), e);
        }
    }
 
    @Override
    public boolean next() {
        if (nextIndex + 1 >= properties.length) {
            return false;
        }
 
        nextIndex++;
        currentProperty = properties[nextIndex];
        if (currentProperty.getReadMethod() == null || "class".equals(currentProperty.getName())) {
            return next();
        }
        return true;
    }
 
    @Override
    public String getName() {
        if (currentProperty == null) {
            return null;
        }
        return currentProperty.getName();
    }
 
    @Override
    public Object getValue() {
        try {
            if (currentProperty == null) {
                return null;
            }
            return currentProperty.getReadMethod().invoke(object);
        } catch (RuntimeException e) {
            throw e;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage(), e);
        }
    }
 
}

Array Iterator

ArrayIterator はリフレクションを通じて配列の長さを取得し、各データ要素を取得します。 ArrayIterator は、getValue() メソッドから返される値の特定の詳細を考慮しません。これらは通常、PropertyIterator に渡されます。

public class ArrayIterator implements IObjectIterator {
 
    private final String name;
    private final Object array;
    private final int length;
    private int nextIndex = -1;
    private Object currentElement;
 
    public ArrayIterator(String name, Object array) {
        this.name = name;
        this.array = array;
        this.length = Array.getLength(array);
    }
 
    @Override
    public boolean next() {
        if (nextIndex + 1 >= length) {
            return false;
        }
 
        nextIndex++;
        currentElement = Array.get(array, nextIndex);
        return true;
    }
 
    @Override
    public String getName() {
        return name + "[" + nextIndex + "]";
    }
 
    @Override
    public Object getValue() {
        return currentElement;
    }
 
}

集合迭代器

CollectionIterator与ArrayIterator非常相似。使用java.lang.Iterable调用它的Iterable.iterator()方法初始化内部迭代器。

Map迭代器

MapIterator遍历java.util.Map的entry。它并不深入到每个entry的键值对，这个工作由MapEntryIterator类完成。

public class MapIterator implements IObjectIterator {
 
    private final String name;
    private Iterator<?> entryIterator;
    private Map.Entry<?, ?> currentEntry;
    private int nextIndex = -1;
 
    public MapIterator(String name, Map<?, ?> map) {
        this.name = name;
        this.entryIterator = map.entrySet().iterator();
    }
 
    @Override
    public boolean next() {
        if (entryIterator.hasNext()) {
            nextIndex++;
            currentEntry = (Entry<?, ?>) entryIterator.next();
            return true;
        }
        return false;
    }
 
    ...
 
}

Map Entry迭代器

MapEntryIterator处理java.util.Map的单个entry。它只返回两个值：entry的键和值。与ArrayIterator及其他的类似，如果是复杂类型的话，它的结果可能最终传递给PropertyIterator，作为Java bean处理。

根迭代器

RootIterator返回单个元素——初始节点。可以把它想成XML文件的根节点。目的是发起整个遍历过程。

整合

ObjectIterator类作为门面角色（Facade），包装了所有的遍历逻辑。它根据最后一次getValue()的返回值类型决定哪个IObjectIterator的子类需要实例化。当子迭代器在内部创建时它在栈中保存当前迭代器的状态。它也暴露了getChild()和getDepth()方法为调用者展示当前进度。

private IObjectIterator iteratorFor(Object object) {
    try {
        if (object == null) {
            return null;
        }
 
        if (object.getClass().isArray()) {
            return new ArrayIterator(name, object);
        }
 
        if (object instanceof Iterable) {
            return new CollectionIterator(name, (Iterable<?>) object);
        }
 
        if (object instanceof Map) {
            return new MapIterator(name, (Map<?, ?>) object);
        }
 
        if (object instanceof Map.Entry) {
            return new MapEntryIterator(name, (Map.Entry<?, ?>) object);
        }
 
        if (isSingleValued(object)) {
            return null;
        }
 
        return new PropertyIterator(object);
    } catch (RuntimeException e) {
        throw e;
    } catch (Exception e) {
        throw new RuntimeException(e.getMessage(), e);
    }
 
}

字符串生成器的实现

已经看到如何遍历对象中的所有属性。最后的工作就是让输出更加美观，以及增加一些限制条件（比如不能创建一个GB级大小的字符串）。

public static String generate(Object object) {
    String s = "";
 
    ObjectIterator iterator = new ObjectIterator("object", object);
 
    ...
 
    while (iterator.next()) {
        if (s.length() >= MAX_STRING_LENGTH) {
            return s;
        }
 
        if (iterator.getChild() >= MAX_CHILDREN) {
            iterator.nextParent();
            continue;
        }
 
        String valueAsString = iterator.getValueAsString();
 
        s += System.lineSeparator();
        s += indent(iterator.getDepth()) + truncateString(iterator.getName());
        if (valueAsString == null) {
            s += " = null";
        } else {
            s += " = " + truncateString(valueAsString);
        }
    }
 
    return s;
}

代码第21行完成了格式化，增加了缩进和层次结构使显示更美观。

同时增加了一些限制条件：

第9行——限制字符串长度在16k内。

第13行——限制任何父节点下子节点数量小于64.

第21&25行——限制键和值长度在64个字符。

总结

本文介绍了如何使用迭代器模式遍历包含各种复杂属性的对象。关键是将每种类型的迭代委派给各自的类实现。可以在你自己的软件中使用这两个工具。