组合模式
简介
用面向对象的方式来处理树形结构
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。
在组合模式中引入了抽象构件类Component，它是所有容器类和叶子类的公共父类。
角色
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
Leaf叶子构件
叶子节点没有子节点
Composite容器构件
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。
组合模式，就是在一个对象中包含其他对象，这些被包含的对象可能是终点对象（不再包含别的对象），也有可能是非终点对象（其内部还包含其他对象，或叫组对象），我们将对象称为节点，即一个根节点包含许多子节点，这些子节点有的不再包含子节点，而有的仍然包含子节点，以此类推。很明显，这是树形结构，终结点叫叶子节点，非终节点（组节点）叫树枝节点，第一个节点叫根节点。同时也类似于文件目录的结构形式：文件可称之为终节点，目录可称之为非终节点（组节点）。
角色
在组合模式结构图中包含如下几个角色
-
Component（抽象构件）：它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。 -
Leaf（叶子构件）：它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。 -
Composite（容器构件）：它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。
组合模式的关键是定义了一个抽象构件类，它既可以代表叶子，又可以代表容器，而客户端针对该抽象构件类进行编程，无须知道它到底表示的是叶子还是容器，可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系，在容器对象中既可以包含叶子，也可以包含容器，以此实现递归组合，形成一个树形结构。
如果不使用组合模式，客户端代码将过多地依赖于容器对象复杂的内部实现结构，容器对象内部实现结构的变化将引起客户代码的频繁变化，带来了代码维护复杂、可扩展性差等弊端。组合模式的引入将在一定程度上解决这些问题。
下面通过简单的示例代码来分析组合模式的各个角色的用途和实现。对于组合模式中的抽象构件角色，其典型代码如下所示：
/**
* 一般将抽象构件类设计为接口或抽象类，将所有子类共有方法的声明和实现放在抽象构件类中。
* 对于客户端而言，将针对抽象构件编程，而无须关心其具体子类是容器构件还是叶子构件
**/
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
}
/**
* 作为抽象构件类的子类，在叶子构件中需要实现在抽象构件类中声明的所有方法，
* 包括业务方法以及管理和访问子构件的方法，但是叶子构件不能再包含子构件，
* 因此在叶子构件中实现子构件管理和访问方法时需要提供异常处理或错误提示。
* 当然，这无疑会给叶子构件的实现带来麻烦。
**/
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
}
}
/**
* 在容器构件中实现了在抽象构件中声明的所有方法，既包括业务方法，
* 也包括用于访问和管理成员子构件的方法，如add()、remove()和getChild()等方法。
* 需要注意的是在实现具体业务方法时，由于容器构件充当的是容器角色，包含成员构件，
* 因此它将调用其成员构件的业务方法。在组合模式结构中，由于容器构件中仍然可以包含容器构件，
* 因此在对容器构件进行处理时需要使用递归算法，
* 即在容器构件的operation()方法中递归调用其成员构件的operation()方法。
**/
class Composite extends Component {
private ArrayList<Component> list = 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:list) {
((Component)obj).operation();
}
}
}
具体代码实例
/**
* 抽象文件类
*/
public abstract class AbstractFile {
public abstract void add(AbstractFile file);
public abstract void remove(AbstractFile file);
public abstract AbstractFile getChild(int i);
public abstract void killVirus();
}
/**
* Image文件类
*/
public class ImageFile extends AbstractFile{
private String name;
public ImageFile (String name) {
this.name = name;
}
public void add(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public void remove(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public AbstractFile getChild(int i) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
return null;
}
public void killVirus() {
// 模拟杀毒
System.out.println("----对图像文件'" + name + "'进行杀毒----");
}
}
/**
* 文本文件类
*/
public class TextFile extends AbstractFile{
private String name;
public TextFile (String name) {
this.name = name;
}
public void add(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public void remove(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public AbstractFile getChild(int i) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
return null;
}
public void killVirus() {
// 模拟杀毒
System.out.println("----对文本文件'" + name + "'进行杀毒----");
}
}
/**
* 视频文件类
*/
public class VideoFile extends AbstractFile{
private String name;
public VideoFile (String name) {
this.name = name;
}
public void add(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public void remove(AbstractFile file) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
}
public AbstractFile getChild(int i) {
System.out.println("对不起，不支持该方法！");
return null;
}
public void killVirus() {
// 模拟杀毒
System.out.println("----对视频文件'" + name + "'进行杀毒----");
}
}
/**
* 文件夹类
*/
public class Folder extends AbstractFile{
private ArrayList<AbstractFile> fileList = new ArrayList<AbstractFile>(); // 规定集合中成员类型
private String name;
public Folder(String name) {
this.name = name;
}
public void add(AbstractFile file) {
fileList.add(file);
}
public void remove(AbstractFile file) {
fileList.remove(file);
}
public AbstractFile getChild(int i) {
return (AbstractFile)fileList.get(i); // 强制转换为类型
}
public void killVirus() {
System.out.println("****对文件夹'" + name + "'进行杀毒****"); // 模拟杀毒
// 递归调用成员构件的杀毒方法
for (Object obj :fileList) {
((AbstractFile)obj).killVirus();
}
}
}
测试类
public class ApiTest {
@Test
public void testCommodity() throws Exception {
AbstractFile file1, file2, file3, file4, file5, folder1, folder2, folder3, folder4;
folder1 = new Folder("Jim的资料");
folder2 = new Folder("图像文件");
folder3 = new Folder("文本文件");
folder4 = new Folder("视频文件");
file1 = new ImageFile("小龙女.jpg");
file2 = new ImageFile("张无忌.gif");
file3 = new TextFile("九阴真经.txt");
file4 = new TextFile("葵花宝典.doc");
file5 = new VideoFile("笑傲江湖.rmvb");
folder2.add(file1);
folder2.add(file2);
folder3.add(file3);
folder3.add(file4);
folder4.add(file5);
folder1.add(folder2);
folder1.add(folder3);
folder1.add(folder4);
folder1.killVirus();
}
}
由于在本实例中使用了组合模式，在抽象构件类中声明了所有方法，包括用于管理和访问子构件的方法，如add()方法和remove()方法等，因此在ImageFile等叶子构件类中实现这些方法时必须进行相应的异常处理或错误提示。在容器构件类Folder的killVirus()方法中将递归调用其成员对象的killVirus()方法，从而实现对整个树形结构的遍历。
优缺点
-
主要优点
组合模式的主要优点如下：
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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。 -
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。 -
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”。 -
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。
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主要缺点
组合模式的主要缺点如下：
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。
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