吃透设计模式第七篇-组合模式

设计模式的重要性对于程序员来说,相当于盾牌对于美国队长,暴风战斧相对于雷神,内裤对于绿巨人(绿巨人最强武器,手动狗头)来说,是必不可少的。

在此,特别总结下23种设计模式:

  • 创建型模式:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
  • 结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
  • 行为型模式:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、 解释器模式(Interpreter 模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

本人将会以专栏形式详细介绍下每种设计模式,文章代码使用java语言,希望能够帮助读者打造一柄编码前行路上的神兵利器。

本文主要针对设计模式的第七种,组合模式进行详细介绍

1. 首先看一个需求

编写程序展示一个学校院系结构:需求是这样,要在一个页面中展示出学校的院系组成,一个学校有多个学院, 一个学院有多个系。如图
吃透设计模式第七篇-组合模式_第1张图片

2. 传统方式解决学校院系展示

吃透设计模式第七篇-组合模式_第2张图片

3. 传统方式问题分析

  1. 将学院看做是学校的子类,系是学院的子类,这样实际上是站在组织大小来进行分层次的
  2. 实际上我们的要求是 :在一个页面中展示出学校的院系组成,一个学校有多个学院,一个学院有多个系, 因此这种方案,不能很好实现的管理的操作,比如对学院、系的添加,删除,遍历等
  3. 解决方案:把学校、院、系都看做是组织结构,他们之间没有继承的关系,而是一个树形结构,可以更好的实现管理操作。 => 组合模式

4. 组合模式的基本介绍

  • 组合模式(Composite Pattern),又叫部分整体模式,它创建了对象组的树形结构,将对象组合成树状结构以表示“整体-部分”的层次关系。
  • 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。
  • 组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性,即:组合能让客户以一致的方式处理个别对象以 及组合对象

5. 组合模式类图

吃透设计模式第七篇-组合模式_第3张图片

  • Component :这是组合中对象声明接口,在适当情况下,实现所有类共有的接口默认行为,用于访问和管理 Component 子部件, Component 可以是抽象类或者接口
  • Leaf : 在组合中表示叶子节点,叶子节点没有子节点
  • Composite :非叶子节点, 用于存储子部件, 在 Component 接口中实现 子部件的相关操作,比如增加(add), 删除

6. 组合模式解决学校院系展示的应用实例

  1. 思路和分析图

吃透设计模式第七篇-组合模式_第4张图片

  1. 代码实现
/**
 * 组织机构,顶级抽象类
 */
public abstract class OrganizationComponent {
	String name;
	String des;

	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		//默认实现
		throw new UnsupportedOperationException();
	}

	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		//默认实现
		throw new UnsupportedOperationException();
	}

	//抽象方法,需要子类实现
	public abstract void print();

	public OrganizationComponent(String name, String des) {
		this.name = name;
		this.des = des;
	}

	public OrganizationComponent() {
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

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

	public String getDes() {
		return des;
	}

	public void setDes(String des) {
		this.des = des;
	}
}
/**
 * 专业
 */
public class Department extends OrganizationComponent {
	//List中存放的 Department
	List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<OrganizationComponent>();

	public Department(String name, String des) {
		super(name, des);
	}

	/**
	 * 重写add
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.add(organizationComponent);
	}


	/**
	 * 重写remove
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.remove(organizationComponent);
	}

	@Override
	public void print() {
		System.out.println(getName());
	}
}

/**
 * 学院
 */
public class College extends OrganizationComponent {
	//List中存放的 Department
	List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<OrganizationComponent>();

	public College(String name, String des) {
		super(name, des);
	}

	/**
	 * 重写add
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.add(organizationComponent);
	}


	/**
	 * 重写remove
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.remove(organizationComponent);
	}

	@Override
	public void print() {
		System.out.println("--------------" + getName() + "--------------");
		//遍历
		for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
			organizationComponent.print();
		}
	}
}
/**
 * 大学
 */
public class University extends OrganizationComponent {
	//List中存放的 Department
	List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<OrganizationComponent>();

	public University(String name, String des) {
		super(name, des);
	}

	/**
	 * 重写add
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.add(organizationComponent);
	}


	/**
	 * 重写remove
	 *
	 * @param organizationComponent
	 */
	@Override
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.remove(organizationComponent);
	}

	@Override
	public void print() {
		System.out.println("*****************" + getName() + "*****************");
		//遍历
		for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
			organizationComponent.print();
		}
	}
}
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		OrganizationComponent university = new University("清华大学", " 中国顶级大学 ");

		OrganizationComponent computerCollege = new College("计算机学院", " 计算机学院 ");
		OrganizationComponent infoEngineercollege = new College("信息工程学院", " 信息工程学院 ");

		computerCollege.add(new Department("软件工程", " 软件工程不错 "));
		computerCollege.add(new Department("网络工程", " 网络工程不错 "));
		computerCollege.add(new Department("计算机科学与技术", " 计算机科学与技术是老牌的专业 "));

		infoEngineercollege.add(new Department("通信工程", " 通信工程不好学 "));
		infoEngineercollege.add(new Department("信息工程", " 信息工程好学 "));

		university.add(computerCollege);
		university.add(infoEngineercollege);
		university.print();
	}
}

7. 组合模式在jdk中的运用

Java 的集合类-HashMap 就使用了组合模式
吃透设计模式第七篇-组合模式_第5张图片
读者有兴趣可以自行debug了解详情,这里就不做过多介绍了

8. 组合模式的注意事项和细节

  • 简化客户端操作。客户端只需要面对一致的对象而不用考虑整体部分或者节点叶子的问题
  • 具有较强的扩展性。当我们要更改组合对象时,我们只需要调整内部的层次关系,客户端不用做出任何改动.
  • 方便创建出复杂的层次结构。客户端不用理会组合里面的组成细节,容易添加节点或者叶子从而创建出复杂的树形结构
  • 需要遍历组织机构,或者处理的对象具有树形结构时, 非常适合使用组合模式.
  • 要求较高的抽象性,如果节点和叶子有很多差异性的话,比如很多方法和属性都不一样,不适合使用组合模式

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