Java结构型设计模式之组合模式详解

目录

• 组合模式
• 应用场景
• 优缺点
• 主要角色
• 组合模式结构
• 分类
• 透明组合模式
• 创建抽象根节点
• 创建树枝节点
• 创建叶子节点
• 客户端调用
• 安全组合模式
• 创建抽象根节点
• 创建树枝节点
• 创建叶子节点
• 客户端调用

组合模式

组合模式(Composite Pattern)也称为整体-部分(Part-Whole)模式，属于结构型模式。

它的宗旨是通过将单个对象（叶子节点）和组合对象（树枝节点）用相同的接口进行表示，使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

组合模式一般用来描述整体与部分的关系，它将对象组织到树形结构中，最顶层的节点称为根节点，根节点下面可以包含树枝节点和叶子节点，树枝节点下面又可以包含树枝节点和叶子节点。

应用场景

1.希望客户端可以忽略组合对象与单个对象的差异时。

2.对象层次具备整体和部分，呈树形结构。

例如：树形菜单，文件、文件夹的管理。

优缺点

优点：

1、高层模块调用简单。

2、节点自由增加。

缺点：

1.在使用组合模式时，其叶子和树枝的声明都是实现类，而不是接口，违反了依赖倒置原则。

主要角色

组合模式主要包含3个角色：

1.抽象根节点(Component)

定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。

2.树枝节点(Composite)

定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。

3.叶子节点(Laf)

叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。

组合模式结构

分类

组合模式在具体实现上，有两种不同的方式，分别是透明组合模式和安全组合模式。

透明组合模式将公共接口封装到抽象根节点(Component)中，系统所有节点具备一致行为，如果当系统绝大多数层次具备相同的公共行为时，采用透明组合模式会更好。但是为剩下少数层次节点引入不需要的方法。

如果当系统各个层次差异性行为较多或者树节点层次相对稳定时，则采用安全组合模式。

透明组合模式

透明组合模式是把所有公共方法都定义在抽象根节点中，这样做的好处是客户端无需分辨是叶子节点(Leaf)和树枝节点(Composite),它们具备完全一致的接口。缺点是叶子节点(Leaf)会继承得到一些它所不需要（管理子类操作的方法）的方法，这与设计模式接口隔离原则相违背。

创建抽象根节点

把所有可能用到的方法都定义到这个最顶层的抽象类中，但是不写任何逻辑处理的代码，而是直接抛出异常。

禁止使用抽象方法，否则子类必须实现，于是体现不出各个子类的差异。子类只需要重写有差异的方法进行覆盖即可。

举例：分类目录为根节点，具体分类为树枝节点，分类下的商品为叶子节点。

public abstract class Component {
    public String getName(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("getName is not supported");
    }
    public double getPrice(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("getPrice is not supported");
    }
    public String print() {
        throw new UnsupportedOperationException("print is not supported");
    }
    public boolean addChild(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("addChild is not supported");
    }
    public boolean removeChild(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("removeChild is not supported");
    }
    public Component getChild(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException("getChild is not supported");
    }
}

创建树枝节点

public class CompositeCategory extends Component {
    private String name;
    private List<Component> componentList = new ArrayList<Component>();
    public CompositeCategory(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String print() {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
        for (Component component : this.componentList) {
            if (component instanceof CompositeCategory) {
                builder.append("\n" + "+-" + component.print());
            } else {
                builder.append("\n" + "+--" + component.print());
            }
        }
        return builder.toString();
    }
    @Override
    public boolean addChild(Component component) {
        return this.componentList.add(component);
    }
    @Override
    public boolean removeChild(Component component) {
        return this.componentList.remove(component);
    }
    @Override
    public Component getChild(int index) {
        return this.componentList.get(index);
    }
}

创建叶子节点

public class CompositeProduct extends Component {
    private String name;
    private Double price;
    public CompositeProduct(String name, Double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }
    @Override
    public String print() {
        return this.name + " (￥" + this.price + "元)";
    }
    @Override
    public String getName(Component component) {
        return this.name;
    }
    @Override
    public double getPrice(Component component) {
        return this.price;
    }
}

客户端调用

  public static void main(String[] args) {
        // 根节点
        Component root = new CompositeCategory("分类目录");
        // 树枝节点
        Component categoryA = new CompositeCategory("分类A");
        Component categoryB = new CompositeCategory("分类B");
        // 叶子节点
        Component productA = new CompositeProduct("productA ", 20.5);
        Component productB = new CompositeProduct("productB ", 30.5);
        Component productC = new CompositeProduct("productC", 25.5);
        root.addChild(categoryA);
        categoryA.addChild(productA);
        root.addChild(categoryB);
        categoryB.addChild(productB);
        categoryB.addChild(productC);
        System.out.println(root.print());
        System.out.println("-----------------------");
        Component child = root.getChild(1);
        System.out.println(child.print());
        System.out.println("-----------------------");
        root.removeChild(categoryA);
        System.out.println(root.print());
    }

分类目录
+-分类A
+--productA (￥20.5元)
+-分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)
-----------------------
分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)
-----------------------
分类目录
+-分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)

安全组合模式

安全组合模式是只规定系统各个层次的最基础的一致行为，而把组合（树节点）本身的方法（管理子类对象的添加，删除等)放到自身当中。

安全组合模式的好处是接口定义职责清晰，符合设计模式单一职责原侧和接口隔离原则；缺点是客户需要区分树枝节点(Composite)和叶子节点(Leaf),这样才能正确处理各个层次的操作，客户端无法依赖抽象(Component),违背了设计模式依赖倒置原则。

创建抽象根节点

public abstract class Component {
    protected String name;
    public Component(String name) {
        this.name = name;
    }
    public abstract String print();
}

创建树枝节点

public class CompositeCategory extends Component {
    private List<Component> componentList;
    public CompositeCategory(String name) {
        super(name);
        this.componentList = new ArrayList<Component>();
    }
    @Override
    public String print() {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
        for (Component component : this.componentList) {
            if (component instanceof CompositeCategory) {
                builder.append("\n" + "+-" + component.print());
            } else {
                builder.append("\n" + "+--" + component.print());
            }
        }
        return builder.toString();
    }
    public boolean addChild(Component component) {
        return this.componentList.add(component);
    }
    public boolean removeChild(Component component) {
        return this.componentList.remove(component);
    }
    public Component getChild(int index) {
        return this.componentList.get(index);
    }
}

创建叶子节点

public class CompositeProduct extends Component {
    private Double price;
    public CompositeProduct(String name, Double price) {
        super(name);
        this.price = price;
    }
    @Override
    public String print() {
        return this.name + " (￥" + this.price + "元)";
    }
    public String getName() {
        return this.name;
    }
    public double getPrice() {
        return this.price;
    }
}

客户端调用

    public static void main(String[] args) {
        // 根节点
        CompositeCategory root = new CompositeCategory("分类目录");
        // 树枝节点
        CompositeCategory categoryA = new CompositeCategory("分类A");
        CompositeCategory categoryB = new CompositeCategory("分类B");
        // 叶子节点
        CompositeProduct productA = new CompositeProduct("productA", 20.5);
        CompositeProduct productB = new CompositeProduct("productB", 30.5);
        CompositeProduct productC = new CompositeProduct("productC", 25.5);
        root.addChild(categoryA);
        categoryA.addChild(productA);
        root.addChild(categoryB);
        categoryB.addChild(productB);
        categoryB.addChild(productC);
        System.out.println(root.print());
        System.out.println("-----------------------");
        Component child = root.getChild(1);
        System.out.println(child.print());
        System.out.println("-----------------------");
        root.removeChild(categoryA);
        System.out.println(root.print());
    }

分类目录
+-分类A
+--productA (￥20.5元)
+-分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)
-----------------------
分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)
-----------------------
分类目录
+-分类B
+--productB (￥30.5元)
+--productC (￥25.5元)

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