java设计模式——组合模式(Composite Pattern)

       对于树形结构，当容器对象（如文件夹）的某一个方法被调用时，将遍历整个树形结构，寻找也包含这个方法的成员对象（可以是容器对象，也可以是叶子对象）并调用执行，牵一而动百，其中使用了递归调用的机制来对整个结构进行处理。由于容器对象和叶子对象在功能上的区别，在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象，而实际上大多数情况下我们希望一致地处理它们，因为对于这些对象的区别对待将会使得程序非常复杂。组合模式为解决此类问题而诞生，它可以让叶子对象和容器对象的使用具有一致性。

定义：组合模式(Composite Pattern)：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。

结构：

• 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。

UML图：

                             

场景：打印一家公司的员工信息，该公司员工结构如图所示：

                               

代码分析：

public abstract class Component {
    private String name;
    private String position;
    public Component(String name,String position){
        this.name = name;
        this.position = position;
    }
    public String getInfo(){
        String info = "";
        info = info+"姓名："+this.name+",职位："+this.position;
        return info;
    }
}

public class Composite extends Component{
    private List<Component> list = new ArrayList<Component>();
    public Composite(String name, String position) {
        super(name, position);
    }

    /**
     * 添加子节点
     * @param component
     */
    public void addChild(Component component){
        this.list.add(component);
    }

    /**
     * 移除子节点
     * @param component
     */
    public void removeChild(Component component){
        this.list.remove(component);
    }

    /**
     * 获取子节点集合
     * @return
     */
    public List<Component> getChildList(){
        return this.list;
    }
}

public class Leaf extends Component {
    public Leaf(String name, String position) {
        super(name, position);
    }

客户端：

 //产生一个根节点
    Composite ceo = new Composite("安迪", "CEO");

    // 产生两个部门经理
    Composite money = new Composite("小关", "财务经理");
    Composite hr = new Composite("小樊", "HR经理");

    // 产生HR部门的员工
    Leaf hr_01 = new Leaf("小邱", "HR组员工");
    Leaf hr_02 = new Leaf("小张", "HR组员工");

    // 产生财务部门的员工
    Leaf m_01 = new Leaf("小王", "财务组员工");
    Leaf m_02 = new Leaf("小李", "财务组员工");

    // 进行组装
    ceo.addChild(money);
    ceo.addChild(hr);

    money.addChild(m_01);
    money.addChild(m_02);

    hr.addChild(hr_01);
    hr.addChild(hr_02);

    Log.d(TAG, ceo.getInfo());
    String treeInfo = getTreeInfo(ceo);
    Log.d(TAG,treeInfo);
}

/**
 * 遍历二叉树获取所有的信息
 * @param composite
 * @return
 */
private String getTreeInfo(Composite composite) {
    Log.d(TAG,"getTreeInfo is start");
    List<Component> childList = composite.getChildList();
    Log.d(TAG,childList.size()+"");
    String info = "";
    for (Component composite1 : childList){
        if (composite1 instanceof Leaf){
            Log.d(TAG,"this is leaf");
            info = info + composite1.getInfo()+"\n";
        }else{
            Log.d(TAG,"this is composite");
            info = info+composite1.getInfo()+"\n"+getTreeInfo((Composite) composite1);
        }
    }
    return info;
}

优点：

• 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。

缺点：

• 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。

适用环境：

• 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。
• 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。
• 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。