Java设计模式之组合模式详解

详解Java设计模式之组合模式

案例引入

• Windows的操作系统目录结构如下

  

• 分析

  • 在树形目录结构中，包含文件和文件夹两类不同的元素
    • 在文件家中可以继续包含子文件夹
    • 在文件中不能在包含子文件（word中嵌入图片不是一个概念）
  • 文件夹也叫作容器（Container）节点
  • 文件也叫作叶子（Leaf）节点
  • 当容器对象的某一个方法被调用时，将遍历整个属性结构，寻找包含这个方法的成员对象并调用执行，牵一而动百，其中使用了递归的机制来对整个结构进行处理
  • 由于容器节点和叶子结点在功能上的区别，在使用这些对象的代码中必须有区别的对象容器节点和叶子节点，而实际上大多数情况下客户端希望一致的处理他们，因为对于这些对象的区别对待会导致程序较为复杂（就比如说需要进行不断的判定结构）

如何一致性的对待容器对象和叶子对象呢？？？？？再比如一个大果盘里面装有小果盘和果子，小果盘里又装着小小果盘和果子，们想要吃到所有的水果的过程也是类似的。由此我们正式引出组合模式

组合模式

定义

组合模式：组合多个对象形成树形结构表示具有整体和部分关系的层次结构。组合模式让客户端可以统一的对待单个对象和组合对象。

Composite Pattern：Compose objects into tree structures to represent part-whole hierarchies. Composite lets clients treat individual objects and composition of objects uniformly.

• 组合模式属于对象结构性模式
• 又称为"部分-整体"模式
• 将对象组织到树形结构中，可以用来描述整体和部分的关系。

模式类图结构

相关角色

• Component 抽象构件
• Leaf 叶子构件
• Composite 容器构件

典型代码

• 抽象构件Component

  • public abstract class Component {
        public abstract void add(Component c); //增加成员
        public abstract void remove(Component c); //删除成员
        public abstract Component getChild(int i); //获取成员
        public abstract void operation();  //业务方法
    }
    
    

• 叶子构件 Leaf

  • public class Leaf extends Component {
        public void add(Component c) { 
            //异常处理或错误提示
        }	
    		
        public void remove(Component c) { 
            //异常处理或错误提示
        }
    	
        public Component getChild(int i) { 
            //异常处理或错误提示
            return null; 
        }
    	
        public void operation() {
            //叶子构件具体业务方法的实现
        } 
    
    

• 容器构件

  • public class Composite extends Component {
        private ArrayList<Component> list = new ArrayList<Component>();
    	
        public void add(Component c) {
            list.add(c);
        }
    	
        public void remove(Component c) {
            list.remove(c);
        }
    	
        public Component getChild(int i) {
            return (Component)list.get(i);
        }
    	
        public void operation() {
            //容器构件具体业务方法的实现，将递归调用成员构件的业务方法
            for(Object obj:list) {
                ((Component)obj).operation();
            }
        } 	
    }
    

案例分析

某软件公司欲开发一个杀毒(Antivirus)软件，该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒，也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒。该杀毒软件还可以根据各类文件的特点，为不同类型的文件提供不同的杀毒方式，例如图像文件(ImageFile)和文本文件(TextFile)的杀毒方式就有所差异。
现使用组合模式来设计该杀毒软件的整体框架。

类图设计

实例代码

(1) AbstractFile：抽象文件类，充当抽象构件类
(2) ImageFile：图像文件类，充当叶子构件类
(3) TextFile：文本文件类，充当叶子构件类
(4) VideoFile：视频文件类，充当叶子构件类
(5) Folder：文件夹类，充当容器构件类
(6) Client：客户端测试类

具体代码和更多相关实验可见我的gitee

https://gitee.com/plushuang/HelloWord/tree/master/src/csu/edu/cn/designpattern/compositepattern/example

结果分析

见代码

• 如果需要更换操作节点，例如只对文件夹“文本文件”进行杀毒，客户端代码只需修改一行即可
• 在具体实现时，可以创建图形化界面让用户来选择所需操作的根节点，无须修改源代码，符合开闭原则

JavaJDK中的组合模式

透明组合模式

其实也就是在抽象构件中提供add、remove、get等方法，但是这些方法叶子节点是不能使用的，只有容器节点能够使用。不够安全，一旦叶子节点调用需要进行报错或者提示处理，但是能够让客户端一致性的对待两者

安全组合模式

也就是抽象构件中不含上述三种方法，能够保证安全性，但是导致的就是不够透明，客户端不能完全的针对抽象编程。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6YQOsnst-1640067963922)(C:\Users\PlusHuang\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221142113986.png)]

组合模式优点

• 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，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
• 增加新的容器构件和叶子构件都很方便，符合开闭原则
• 为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案

组合模式缺点

• 在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制

组合模式适用环境

• 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