零基础轻松掌握组合模式：用Java玩转树形结构设计 [特殊字符]

一、为什么每个Java开发者都要学组合模式？🤔

场景痛点：
当你需要处理像公司组织架构、电脑文件系统、电商商品分类这样的树形结构数据时，是不是经常遇到这样的困扰？

• 代码中充斥着if-else判断层级关系

• 添加新类型的节点要修改大量代码

• 遍历不同层级的对象非常麻烦

组合模式的价值：
✨ 统一处理：文件和文件夹用同一套API操作
✨ 无限嵌套：轻松实现"文件夹里套文件夹"的树形结构
✨ 扩展自由：新增节点类型无需修改已有代码

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二、3分钟快速理解组合模式 🚀

生活案例：公司组织架构

• 叶子节点：普通员工（没有下属）

• 组合节点：部门经理（管理多个员工/小组）

• 统一接口：都支持查看人员信息

UML类图解析

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三、手把手实现文件系统案例 📂

步骤1：定义组件接口

public interface FileSystemComponent {
    // 公共操作方法
    void display(int depth);
    
    // 默认实现（叶子节点不需要）
    default void add(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    default void remove(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    default FileSystemComponent getChild(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

步骤2：实现叶子节点（文件）

public class File implements FileSystemComponent {
    private String name;
    
    public File(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void display(int depth) {
        System.out.println("-".repeat(depth) + "📄 " + name);
    }
}

步骤3：实现组合节点（文件夹）

public class Folder implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void display(int depth) {
        System.out.println("-".repeat(depth) + "📁 " + name);
        for (FileSystemComponent child : children) {
            child.display(depth + 2);
        }
    }

    @Override
    public void add(FileSystemComponent component) {
        children.add(component);
    }

    @Override
    public void remove(FileSystemComponent component) {
        children.remove(component);
    }

    @Override
    public FileSystemComponent getChild(int index) {
        return children.get(index);
    }
}

步骤4：客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建文件
        FileSystemComponent file1 = new File("简历.pdf");
        FileSystemComponent file2 = new File("照片.jpg");
        
        // 创建子文件夹
        Folder subFolder = new Folder("工作资料");
        subFolder.add(new File("项目计划.doc"));
        subFolder.add(new File("会议记录.txt"));
        
        // 创建根文件夹
        Folder root = new Folder("我的电脑");
        root.add(file1);
        root.add(file2);
        root.add(subFolder);
        
        // 展示所有文件
        root.display(0);
    }
}

运行结果：

📁 我的电脑  
  📄 简历.pdf  
  📄 照片.jpg  
  📁 工作资料  
    📄 项目计划.doc  
    📄 会议记录.txt  

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四、组合模式在哪些场景最吃香？💼

场景	典型应用	优势体现
文件系统	管理文件和文件夹	统一操作接口，支持无限嵌套
GUI组件	窗口包含面板/按钮等组件	批量设置样式，递归渲染
电商分类	商品类目层级管理	动态添加删除类目，灵活展示
组织架构	公司部门与员工管理	统计部门人数，快速生成架构图
游戏场景	地图中的区域与子区域	统一处理碰撞检测，递归遍历

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五、组合模式的三大坑点与避雷指南 ⚡

坑点1：叶子节点不应该有add/remove方法

错误示范：

File file = new File("test.txt");
file.add(new File("error.txt")); // 抛出异常！

正确做法：

// 接口中提供默认实现抛出异常
default void add(Component component) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

坑点2：忘记实现迭代方法

错误现象：
文件夹只显示自己，不显示子文件

正确实现：

public void display() {
    // 显示自己
    showSelf();
    // 递归显示子组件
    for (Component child : children) {
        child.display();
    }
}

坑点3：循环引用检测

危险场景：
文件夹A包含文件夹B，文件夹B又包含文件夹A

解决方案：

public void add(Component component) {
    if (isCyclic(this, component)) {
        throw new IllegalArgumentException("检测到循环引用！");
    }
    children.add(component);
}

private boolean isCyclic(Component parent, Component child) {
    // 实现循环引用检测算法
}

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六、组合模式 PK 其他设计模式 🥊

对比维度	组合模式	装饰器模式	享元模式
目的	处理树形结构	动态添加职责	共享细粒度对象
结构	树状层级	链式包装	对象池
关系	整体-部分关系	增强功能	共享状态
典型应用	文件系统	IO流包装	字符缓存池

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七、组合模式面试必考题 💯

1. Q：组合模式如何保证叶子节点不能添加子节点？
   A：通过在Component接口中为add/remove方法提供默认实现，抛出UnsupportedOperationException

2. Q：组合模式在JDK哪些地方有应用？
   A：java.awt.Container的add()方法、XML解析中的DOM树结构

3. Q：如何处理组合对象的循环引用问题？
   A：在添加子节点时检查父节点链，可以使用深度优先搜索检测环路

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八、实战升级：Spring风格实现 🌟

场景：电商商品类目管理

// 定义商品组件接口
public interface ProductComponent {
    void display();
    double getPrice();
}

// 实现叶子节点（具体商品）
@Component
@Scope("prototype")
public class Product implements ProductComponent {
    private String name;
    private double price;

    // 省略getter/setter
    
    @Override
    public void display() {
        System.out.println(name + " ￥" + price);
    }
}

// 实现组合节点（商品分类）
@Component
@Scope("prototype")
public class ProductCategory implements ProductComponent {
    private String name;
    @Autowired
    private List<ProductComponent> items = new ArrayList<>();

    // 省略其他方法
    
    @Override
    public double getPrice() {
        return items.stream()
               .mapToDouble(ProductComponent::getPrice)
               .sum();
    }
}

// 使用示例
@RestController
public class ProductController {
    @Autowired private ProductCategory electronics;
    
    @GetMapping("/products")
    public String showProducts() {
        electronics.display();
        return "总价值：" + electronics.getPrice();
    }