Java设计模式之组合模式

比如在实现一个文件管理系统时，对于客户端来说，如果需要区分文件与文件夹的使用，会比较麻烦，使用组合模式可以在使用不同对象时使用方法保持一致性。

定义

又名部分整体模式，是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。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。这种类型的设计模式属于结构型模式，它创建了对象组的树形结构。

结构

组合模式主要包含三种角色：

抽象根节点：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。树枝节点：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。

叶子节点：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。

案例

简单实现一个文件管理系统

创建抽象跟结点 

//菜单组件包括文件夹与文件
public abstract class MenuComponent {
    protected String name; //组件名
    protected int level; //对应层级

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getLevel() {
        return level;
    }

    public void setLevel(int level) {
        this.level = level;
    }

    public void add(MenuComponent menuComponent){
        //文件不具备创建下级目录的功能，抛出不支持操作异常
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    //删除菜单及其子文件
    public void remove(MenuComponent menuComponent){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void removeByIndex(int index){
    }

    //获取指定的子菜单
    public MenuComponent getChild(int i){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }


    //输出本目录及其子目录
    public void print(){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

 创建树枝节点

//指文件夹
public class Menu extends MenuComponent {
    private List<MenuComponent> menuComponents = new ArrayList<>();

    public Menu(String name, int level) {
        this.name = name;
        this.level = level;
    }

    @Override
    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.add(menuComponent);
    }

    @Override
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.remove(menuComponent);
    }

    @Override
    public void removeByIndex(int index) {
        menuComponents.remove(index);
    }

    @Override
    public void print() {
        for (int i = 0; i < level; i++) {
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println(name);
        for (MenuComponent menuComponent : menuComponents) {
            menuComponent.print();
        }
    }
}

创建叶子节点 

//指文件
public class MenuItem extends MenuComponent {
    public MenuItem(String name,int level){
        this.name = name;
        this.level = level;
    }

    @Override
    public void print() {
        for (int i =0 ; i <level ; i++){
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println(name);
    }
}

测试 

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        MenuComponent menuComponent = new Menu("主菜单",1);
        MenuComponent menu1 = new Menu("一级菜单1",2);
        MenuComponent menu2 = new Menu("一级菜单2",2);
        MenuComponent menu3 = new Menu("一级菜单3",2);

        MenuComponent menuItem1 = new MenuItem("二级菜单文件1",3);
        MenuComponent menuItem2 = new MenuItem("二级菜单文件2",3);
        MenuComponent menuItem3 = new MenuItem("二级菜单文件3",3);
        MenuComponent menuItem4 = new MenuItem("二级菜单文件4",3);
        MenuComponent menuItem5 = new MenuItem("二级菜单文件5",3);
        MenuComponent menuItem6 = new MenuItem("二级菜单文件6",3);
        MenuComponent menuItem7 = new MenuItem("二级菜单文件7",3);

        menuComponent.add(menu1);
        menuComponent.add(menu2);
        menuComponent.add(menu3);

        menu1.add(menuItem1);
        menu1.add(menuItem2);
        menu1.add(menuItem3);
        menu2.add(menuItem4);
        menu2.add(menuItem5);
        menu3.add(menuItem6);
        menu3.add(menuItem7);

        menuComponent.print();
    }
}

运行结果如下： 

-主菜单

--一级菜单1

---二级菜单文件1

---二级菜单文件2

---二级菜单文件3

--一级菜单2

---二级菜单文件4

---二级菜单文件5

--一级菜单3

---二级菜单文件6

---二级菜单文件7

组合模式的分类

在使用组合模式时，根据抽象构件类的定义形式，我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式。

• 透明组合模式：透明组合模式中，抽象根节点角色中声明了所有用于管理成员对象的方法，比如在示例中 MenuComponent 声明了 add、remove 、getChild 方法，这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。透明组合模式也是组合模式的标准形式。透明组合模式的缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的，叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供 add()、remove() 等方法是没有意义的，这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）
• 安全组合模式：在安全组合模式中，在抽象构件角色中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在树枝节点 Menu 类中声明并实现这些方法。安全组合模式的缺点是不够透明，因为叶子构件和容器构件具有不同的方法，且容器构件中那些用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义，因此客户端不能完全针对抽象编程，必须有区别地对待叶子构件和容器构件。

如果使用安全模式实现文件管理则不能使用多态的方法来创建对象，因为父类并不存在任何方法，不能通过子类对象去调用子类独有方法。

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树枝节点和叶子节点都很方便，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，通过叶子节点和树枝节点的递归组合，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。

使用场景

组合模式正是应树形结构而生，所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如：文件目录显示，多级目录呈现等树形结构数据的操作。