设计模式详解（十一）——组合模式

时间：2024-02-22 11:21:37

组合模式简介

组合模式定义
组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，又叫部分整体模式，它将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。

组合模式包含以下角色：

  1. Component（抽象构件）：抽象构件可以是接口或抽象类，为叶子构件和容器构件对象声明接口，在该角色中可以包含所有子类公有行为的声明和实现，包括添加（add）、删除（remove）、获取子组件（getChildren）以及实现业务逻辑的方法（operation）。它是一个定义了公共的操作方法，可以用于管理和访问component子部件的抽象对象。
  2. Leaf（叶子构件）：叶子构件在组合结构中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点，实现了抽象组件接口或抽象类，但没有子组件。对于那些访问及管理子构件的方法，可以通过异常等方式进行处理。叶子节点是树形结构中的最底层对象，通常包含具体的业务逻辑实现。
  3. Composite（树枝节点构件）：枝节点构件在组合结构中表示容器节点对象，枝节点节点包含子节点，其子节点可以是叶子节点，也可以是其它枝节点，它提供一个集合用于存储子节点，实现了在抽象构件中定义行为，包括那些访问及管理子构件对方法，在其业务方法中可以递归调用其子节点对业务方法。并允许客户端以统一的方式处理其子组件。
  4. Client（客户类）：使用组合模式来创建和操作复合对象结构。客户端代码不需要关心对象是叶子节点还是树枝节点，因为所有对象都通过抽象组件接口或抽象类来访问。

组合模式优缺点：
优点：

  1. 客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无需关心它们之间的区别。简化了客户端代码；
  2. 组合模式可以优化处理递归或分级数据结构，因为它将对象组织成树形结构，使得对对象的处理更加直观和高效。
  3. 容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；

缺点：

  1. 设计复杂性：组合模式可能使设计变得更加复杂，特别是当类之间的层次关系变得复杂时。客户端需要花更多时间来理解这些关系，从而正确地使用组合模式。
  2. 限制容器中的构件：在组合模式中，当需要添加新的容器构件或叶子构件时，可能很难对容器中的构件类型进行限制。这可能导致设计上的混乱和不必要的复杂性。
  3. 继承方法的限制：组合模式通常使用继承来实现，但这可能会限制新的构件只能通过继承来添加新功能。这可能限制了系统的灵活性和可扩展性。
  4. 依赖倒置原则的违反：在某些实现中，组合模式的叶子和树枝的声明可能是实现类而不是接口，这违反了依赖倒置原则。这可能导致代码之间的耦合度过高，不利于维护和扩展。

使用场景

  1. 表示对象的部分和整体层次结构：当需要表示一个对象的部分以及整体层次结构时，组合模式是一个很好的选择。例如，在文件系统中，根目录下有若干文件和目录，在二级目录下还有目录和文件，这种情况下适合使用组合模式。
  2. 忽略组合对象与单个对象的差异：如果客户端需要忽略组合对象与单个对象的差异，以一致的方式处理它们，那么可以使用组合模式。这样，客户端代码可以简化，因为无需关心处理的是单个对象还是组合对象。
  3. 处理递归或分级数据结构：组合模式可以优化处理递归或分级数据结构。通过将对象组织成树形结构，组合模式使得对这些对象的处理更加直观和高效。

通俗来讲就是：
比如在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系。汽车与轮胎、发动机的关系。警察局与科室、警察的关系。学校与学院、学生、老师的关系。
组合模式是一种非常普遍和常用的模式，接口服务互相组合，提供更丰富的接口，实现复杂的业务逻辑。一般情况会选择使用组合代替继承，组合更灵活、更方便。

以下举一个组合模式的例子：
假设学校中有校长管理老师，老师学生，通过以下实例演示学校中人员的层次结构：

创建抽象类，组件Persion 【Component（组件）】

import java.util.List;

/**
 * Component（组件）
 *
 * 为组合中的对象声明接口
 * 声明一个接口用于访问和管理Component的子组件
 */

public abstract class Persion {
    private String name;
    protected List<Persion> persionList;

    public abstract void add(Persion persion);
    public abstract void delete(Persion persion);

    public void input() {
        System.out.println(String.format("name is %s", name));
    };

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public List<Persion> getPersionList() {
        return persionList;
    }
}

创建具体类Principal【Composite（树枝节点构件）】

import java.util.ArrayList;

/**
 * Composite（树枝节点构件）
 *
 * 实现了在抽象构件中定义行为，包括那些访问及管理子构件对方法
 * 存储子部件
 *
 */
public class Principal extends Persion {
    public Principal(String name) {
        setName(name);
        persionList = new ArrayList<Persion>();
    }

    @Override
    public void add(Persion persion) {
        persionList.add(persion);
    }

    @Override
    public void delete(Persion persion) {
        persionList.remove(persion);
    }
}

创建具体类Teacher【Composite（树枝节点构件）】

import java.util.ArrayList;

/**
 * Composite（树枝节点构件）
 *
 * 实现了在抽象构件中定义行为，包括那些访问及管理子构件对方法
 * 存储子部件
 *
 */
public class Teacher extends Persion {
    public Teacher(String name) {
        setName(name);
        persionList = new ArrayList<Persion>();
    }

    @Override
    public void add(Persion persion) {
        persionList.add(persion);
    }

    @Override
    public void delete(Persion persion) {
        persionList.remove(persion);
    }
}

创建具体类Student【Leaf（叶子构件）】

/**
 * Leaf（叶子构件）
 *
 * 叶子构件在组合结构中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点
 * 对于那些访问及管理子构件的方法，可以通过异常等方式进行处理
 */
public class Student extends Persion{
    public Student(String name) {
        setName(name);
        persionList = null;
    }

    @Override
    public void add(Persion persion) {
    }

    @Override
    public void delete(Persion persion) {
    }
}

创建测试类【Client（客户类）】

/**
 * Client（客户类）
 * 使用组合模式来创建和操作复合对象结构
 *
*/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Persion principal = new Principal("校长");
        Persion teacher1 = new Teacher("教师1");
        Persion teacher2 = new Teacher("教师2");
        Persion student1 = new Student("学生1");
        Persion student2 = new Student("学生2");
        Persion student3 = new Student("学生3");
        Persion student4 = new Student("学生4");

        principal.add(teacher1);
        principal.add(teacher2);
        teacher1.add(student1);
        teacher1.add(student2);
        teacher2.add(student3);
        teacher2.add(student4);

        info("无需", principal);
    }

    public static void info(String pre ,Persion persion){
        System.out.println(String.format("%s管理：%s", pre, persion.getName()));

        if(null == persion.getPersionList()){
            return;
        }
        for(Persion persion1 : persion.getPersionList()){
            info(persion.getName(), persion1);
        }

    }

}

输出结果如下所示：

无需管理：校长
校长管理：教师1
教师1管理：学生1
教师1管理：学生2
校长管理：教师2
教师2管理：学生3
教师2管理：学生4

从结果可以看成功根据需求，获取到了校长管理老师，老师管理学生的层级结构。

总而言之：
组合模式，它是一种非常强大的结构型设计模式，用于创建复杂的对象结构，允许用户以统一的方式处理单个对象和复合对象。通过组合模式，你可以构建出具有层次结构的对象模型，这些对象可以像单个对象一样被简单、一致地使用。
组合模式提供一个结构，可同时包容个别对象和组合对象；允许客户对个别对象以及组合对象一视同仁；组合结构内的任意对象称为组件；组件可以是组合，也可以是叶节点；在使用组合模式时，要多加考虑方式，有的时候可以与迭代器模式配合使用。


以上代码下载请点击该链接：https://github.com/Yarrow052/Java-package.git

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