Java设计模式——组合模式【Composite Pattern】

一、引言

23种设计模式大概分为三大类：

5种（创建型模式）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、原型模式、建造者模式。

7种（结构型模式）：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

11种（行为型模式）：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

行为型又可以通过类与类之间的关系进行划分 :

组合模式基本介绍：

• 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。

二、组合模式

1.组合模式原理类图

组合模式的角色及职责：

• 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（它是被管理者）
• 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)，删除等

三、具体需求

1.学校院系展示需求

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

2. 传统方案

思路分析 - 类图

传统方式分析

• 将学院看作是学校的子类，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
• 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
• 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，即组合模式

3. 组合模式方案

使用桥接模式改进传统方式，让程序具有更好的扩展性

思路分析 - 类图

注：OrganizationComponent可以是抽象类/接口，也可以不是抽象类。

具体实现

// 抽象类 OrganizationComponent.java
public abstract class OrganizationComponent {
	private String name;
	private String des;//说明
	
	public OrganizationComponent(String name, String des) {
		super();
		this.name = name;
		this.des = des;
	}

	//为什么不把add()方法做成抽象的？
	//答：叶子节点是不需要实现add()方法的，如果做成抽象方法的话，就会导致所有的叶子节点都必须实现add()
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		//默认实现
		throw new UnsupportedOperationException();
	}
	
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		throw new UnsupportedOperationException();
	}
    
    //print()方法：无论叶子节点还是非叶子节点都需要有，做成抽象的
	protected abstract void print();

	// 属性get/set方法略
}

// University.java	University就是Composite，可以管理college
public class University extends OrganizationComponent{

	List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<OrganizationComponent>(); // 组合
	//为什么必须实现构造器？(否则编译不通过)
	public University(String name, String des) {
		super(name, des);
	}
	
	//重写add
	@Override
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.add(organizationComponent);
	}
    
	//重写remove
	@Override
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.remove(organizationComponent);
	}

	//输出university中包含的学院
	@Override
	protected void print() {
		System.out.println("============="+getName()+"===========");
		for(OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
			organizationComponent.print();
		}
	}
}

// College.java 
public class College extends OrganizationComponent{
	//College的List中存放的是department
	List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<OrganizationComponent>();  // 组合
	public College(String name, String des) {
		super(name, des);
	}
	
	//实际业务中，College的add和University中的add不一定完全相同
	//重写add
	@Override
	protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.add(organizationComponent);
	}
	//重写remove
	@Override
	protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
		organizationComponents.remove(organizationComponent);
	}

	//输出university中包含的学院
	@Override
	protected void print() {
		System.out.println("============="+getName()+"===========");
		for(OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
			organizationComponent.print();
		}
	}
}

// Department.java 
public class Department extends OrganizationComponent {
	public Department(String name, String des) {
		super(name, des);
	}
	
	//add和remove方法就不必写了，因为它是叶子节点，它就不再管理其他单位了
	
	@Override
	protected void print() {
		System.out.println(getName());
	}
}

// Client.java
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//从大到小创建对象
		OrganizationComponent university = new University("南京大学", "中国顶级大学");
		//创建学院
		OrganizationComponent computeCollege = new College("计算机学院", "计算机");
		OrganizationComponent infoEngineCollege = new College("信息工程学院", "信息工程");
		//创建各个学院下的系（专业）
		computeCollege.add(new Department("软件工程", "实用"));
		computeCollege.add(new Department("网络工程", "不错"));
		computeCollege.add(new Department("计算机科学与技术", "老牌专业"));
		
		infoEngineCollege.add(new Department("通信工程", "不好学"));
		infoEngineCollege.add(new Department("信息工程", "好学"));
		//将学院加到学校
		university.add(computeCollege);
		university.add(infoEngineCollege);
		
		university.print();
		//可以只打印某个学院
		computeCollege.print();
	}
}

四、注意事项和细节

• 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，具有较强的扩展性
• 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