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设计模式之组合模式

jiezi

0x01. 定义与类型

  • 定义：将对象组合成树形结构以表示“部分 - 整体”的层次结构，使客户端对单个对象和组合对象保持一致的方式处理
  • 组合模式实现的最关键的地方是：简单对象和复合对象必须实现相同的接口，这就是组合模式能够将组合对象和简单对象进行一致处理的原因。
  • 类型：结构型
  • UML 类图

  • Java 实现 
/**
 * 组合模式统一接口类
 */
public interface Component {void operation();
}

/**
 * 组合类
 */
public class Composite implements Component {

    private String name;

    private List<Component> components = new ArrayList<>();

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

    public void add(Component component) {components.add(component);
    }

    public void remove (Component component) {components.remove(component);
    }

    public Component get(int index) {return components.get(index);
    }

    @Override
    public void operation() {System.out.println(this.name);
        for (Component component : components) {component.operation();
        }
    }
}

/**
 * 简单类
 */
public class Leaf implements Component {

    private String name;

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

    @Override
    public void operation() {System.out.println(this.name);
    }

    public String getName() {return name;}
}
  • 测试与应用类 
/**
 * 应用与测试
 */
public class Test {public static void main(String[] args) {Composite composite = new Composite("树枝 1");

        Leaf leaf1 = new Leaf("树枝 1 树叶 1");
        Leaf leaf2 = new Leaf("树枝 1 树叶 2");
        Leaf leaf3 = new Leaf("树枝 1 树叶 3");

        composite.add(leaf1);
        composite.add(leaf2);
        composite.add(leaf3);

        Composite composite1 = new Composite("树");

        Leaf leaf4 = new Leaf("树叶 4");
        Leaf leaf5 = new Leaf("树叶 5");

        composite1.add(leaf4);
        composite1.add(leaf5);
        composite1.add(composite);

        composite1.operation();}
}
  • 输入结果 
 树
树叶 4
树叶 5
树枝 1
树枝 1 树叶 1
树枝 1 树叶 2
树枝 1 树叶 3

  • 组合模式中的透明式以及安全式

    • 透明式：组合模式中的抽象构件还声明访问和管理子类的接口，客户端使用的适合不需要区分叶子节点和树枝节点，但是叶子节点本身并不存在操作方法，一般会给出默认实现，比如抛出异常。
    • 安全式：组合模式中的抽象构件不声明管理子类的接口，把操作移交给子类完成。这样叶子节点不需要实现操作方法，但是客户端使用时必须做出区分，为使用带来麻烦。
    • 上面的方式中使用的是安全模式。

  • 组合模式中的角色

    • 抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。
    • 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件声明的公共接口。
    • 树枝构件（Composite）角色：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 add()、remove()、get() 等方法。

0x02. 适用场景

  • 希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象时。
  • 当想表达对象的部分 - 整体的层次结构时。

0x03. 优点

  • 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
  • 组合模式使得客户端代码可以一致地处理对象和对象容器，无需关心处理的单个对象，还是组合的对象容器。
  • 简化客户端代码
  • 符合开闭原则

0x04. 缺点

  • 限制类型时会较为复杂。
  • 使设计变得更加抽象，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系。

0x05. 组合模式实现样例

使用组合模式实现目录和课程之间的关系。

  • 因为上面给出的 basic 实现安全模式的，这次的样例使用透明模式实现。
  • Java 代码 
/**
 * 通用的抽象类
 */
public abstract class CatalogComponent {public void add (CatalogComponent catalogComponent) {throw new UnsupportedOperationException("不支持添加操作");
    }

    public void remove (CatalogComponent catalogComponent) {throw new UnsupportedOperationException("不支持删除操作");
    }

    public String getName () {throw new UnsupportedOperationException("不支持获取名称操作");
    }

    public Double getPrice () {throw new UnsupportedOperationException("不支持获取价钱操作");
    }

    public void print () {throw new UnsupportedOperationException("不支持打印操作");
    }

}

/**
 * 目录
 */
public class CourseCatalog extends CatalogComponent {private List<CatalogComponent> itsms = new ArrayList<>();

    private String name;

    private Integer level;

    public CourseCatalog(String name, Integer level) {
        this.name = name;
        this.level = level;
    }

    @Override
    public String getName() {return this.name;}

    @Override
    public void add(CatalogComponent catalogComponent) {this.itsms.add(catalogComponent);
    }

    @Override
    public void remove(CatalogComponent catalogComponent) {this.itsms.remove(catalogComponent);
    }

    @Override
    public void print() {System.out.println(">" + this.name);
        for (CatalogComponent catalogComponent : itsms) {if (this.level != null) {for (int i = 0; i < this.level; i ++) {System.out.print("--");
                }
            }
            catalogComponent.print();}
    }
}

/**
 * 具体的课程
 */
public class Course extends CatalogComponent {

    private String name;

    private Double price;

    public Course(String name, Double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String getName() {return this.name;}

    @Override
    public Double getPrice() {return this.price;}

    @Override
    public void print() {System.out.println("> Course Name：" + this.name + ": price:" + this.price);
    }
}
  • 测试与应用 
/**
 * 测试与应用
 */
public class Test {public static void main(String[] args) {CatalogComponent linuxCourse = new Course("Linux 课程", 11D);
        CatalogComponent windowCourse = new Course("Window 课程", 12D);

        CatalogComponent javaCourseCatalog = new CourseCatalog("Java 课程目录", 2);

        CatalogComponent mmallCourse1 = new Course("Java 电商一期", 55D);
        CatalogComponent mmallCourse2 = new Course("Java 电商二期", 66D);
        CatalogComponent designPattern = new Course("Java 设计模式", 77D);

        javaCourseCatalog.add(mmallCourse1);
        javaCourseCatalog.add(mmallCourse2);
        javaCourseCatalog.add(designPattern);

        CatalogComponent mainCourseCatalog = new CourseCatalog("课程主目录", 1);

        mainCourseCatalog.add(linuxCourse);
        mainCourseCatalog.add(windowCourse);
        mainCourseCatalog.add(javaCourseCatalog);

        mainCourseCatalog.print();}
}
  • UML 类图

0x06. 相关设计模式

  • 组合模式和访问者模式

    • 可以适用访问者模式来访问组合模式中的递归结构

0x07. 源码中的组合模式

  • java.awt.Container
  • HashMap.putAll
  • ArrayList.addAll
  • MyBatis.SqlNode

0x08. 代码地址

  • 设计模式之组合模式 ：https://github.com/sigmako/design-pattern/tree/master/composite

0x09. 参考

  • 慕课网设计模式精讲 : https://coding.imooc.com/class/270.html
  • 组合模式（详解版）: http://c.biancheng.net/view/1373.html
  • 设计模式之组合模式 : https://www.cnblogs.com/snaildev/p/7647190.html
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