详解组合模式

引言

        有一种情况，当一组对象具有“整体—部分”关系时，如果我们处理其中一个对象或对象组合（区别对待），就可能会出现牵一发而动全身的情况，造成代码复杂。这个时候，组合模式就是一种可以用一致的方式对待这个系统，让我们一起来看一下。

1.概念

        组合模式(Composite Patterm)：组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层次结构。组合模式对单个对象(即叶子对象)和组合对象(即容器对象)的使用具有一致性，组合模式又可以称为“整体—部分”(Part—Whole)模式，它是一种对象结构型模式。

        简单理解：整体—部分结构构建成树形结构，“部分”表示叶子结点，把叶子对象和容器对象中的方法（特殊的、公共的）都抽象出来形成抽象角色，然后针对抽象角色编程，即可实现“对象使用的一致性”这个核心思想。

2.模式结构

3.模式分析

        Component：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共有行为的声明和实现。在抽象构件中定义了访问及管理它的子构件的方法，如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。核心代码如下：

    abstract class component{public abstract void add(Component c);//增加成员public abstract void remove(Component c);//删除成员public abstract Component getChild(int i);//获取成员public abstract void operation();//业务方法}

        Leaf：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，它实现了在抽象构件中定义的行为。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。核心代码如下：   

 class Leaf extends Component {public void add(Component c){//异常处理或错误提示}public void remove(Component c) {//异常处理或错误提示}public Component getChild(int i) {//异常处理或错误提示return null;}public void operation() {//叶子构件具体业务方法的实现}}

        Composite：容器构件，在组合结构中表示容器节点对象，容器节点包含子节点，其子节点可以是叶子节点，也可以是容器节点，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的行为，包括那些访问及管理子构件的方法，在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。核心代码如下：   

 class Composite extends Component{private ArrayList<Component> children = new ArrayList<Component>();public void add(Component c) {list.add(c);}public void remove(Component c){list.remove(c);}public Component getChild(int i) {return (Component) list.get(i);}public void operation() {//容器构件具体业务方法的实现//递归调用成员构件的业务方法for (Object obj : children) {((Component) obj).operation();}}}

4.具体实例分析

        FileSystemComponent：抽象构件接口，定义了文件系统的叶子构件（文件）和容器构件（文件夹）的增删改查等方法，具体实例代码如下：

//抽象构件类:文件系统public interface FileSystemComponent {public void add(FileSystemComponent c);//增加成员public void remove(FileSystemComponent c);//删除成员public FileSystemComponent getChild(int i);//获取成员public void displayInfo();//显示文件信息}

        File：叶子构件，实现抽象构件FileSystemComponent接口，该类表示文件夹下的文件，具体实例代码如下：

//叶子构件public class File implements FileSystemComponent{private String name;public File(String name) {this.name = name;}public void add(FileSystemComponent c){System.out.println("叶子结点不支持此方法");}public void remove(FileSystemComponent c) {System.out.println("叶子结点不支持此方法");}public FileSystemComponent getChild(int i) {System.out.println("叶子结点不支持此方法");return null;}public void displayInfo() {System.out.println("File: " + name);}}

        Directory：容器构件，实现抽象构件FileSystemComponent接口，该类表示文件夹容器，如果想要查询文件夹下的各级文件夹（各级容器构件）或者文件（叶子构件），就需要递归的遍历文件夹，具体实例代码如下：

//容器构件public class Directory implements FileSystemComponent{private String name;private List<FileSystemComponent> list;public Directory(String name) {this.name = name;list = new ArrayList<>();}public void add(FileSystemComponent c) {list.add(c);}public void remove(FileSystemComponent c) {list.remove(c);}public FileSystemComponent getChild(int i) {return (FileSystemComponent) list.get(i);}public void displayInfo() {System.out.println("Directory: " + name + "/");for(FileSystemComponent fileSystemComponent : list){fileSystemComponent.displayInfo();}}}

        Client：客户端，依次创建文件夹和下面的文件，模拟文件系统。具体实例代码如下：

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建文件File file1 = new File("Java.doc");File file2 = new File("数据结构.doc");//创建文件夹Directory directory = new Directory("学习资料");directory.add(file1);directory.add(file2);Directory rootDirectory = new Directory("D盘");rootDirectory.add(directory);//展示文件系统结构rootDirectory.displayInfo();}}

        运行程序，得到的结果如下：

5.优缺点

        主要优点如下：

        (1)组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象，表示对象的全部或部分层次，它让客户端忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。

        (2)客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象，不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构，简化了客户端代码。

        (3)在组合模式中增加新的容器构件和叶子构件都很方便，无须对现有类库进行任何修改，符合“开闭原则”。

        (4)组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子对象和容器对象的递归组合，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

        主要缺点如下：

        (1)在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制。有时候我们希望一个容器中只能有某些特定类型的对象，例如在某个文件夹中只能包含文本文件，使用组合模式时，不能依赖类型系统来施加这些约束，因为它们都来自于相同的抽象层，在这种情况下，必须通过在运行时进行类型检查来实现，这个实现过程较为复杂。

6.适用情况

        (1)在具有整体和部分的层次结构中，希望通过一种方式忽略整体与部分的差异，客户端可以一致地对待它们。

        (2)在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构。

        (3)在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象，而且它们的类型不固定,需要增加一些新的类型。