设计模式(17)之组合模式
一、前言
在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系，例如，大学中的部门与学院、总公司中的部门与分公司、学习用品中的书与书包、生活用品中的衣服与衣柜、以及厨房中的锅碗瓢盆等。在软件开发中也是这样，例如，文件系统中的文件与文件夹、窗体程序中的简单控件与容器控件等。对这些简单对象与复合对象的处理，如果用组合模式来实现会很方便。
例如我们要解决这样子的一个需求问题：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：
1.1传统方案解决学校院系展示问题
传统方式解决方案类图如下：
1.2传统方案解决问题分析
传统方案存在的问题分析如下：
- 将学院看成是学校的子类，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。 => 组合模式。
二、组合模式
2.1组合模式的定义
组合（Composite Pattern）模式的定义：有时又叫作整体-部分（Part-Whole）模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“整体-部分”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性，属于结构型设计模式。
组合模式一般用来描述整体与部分的关系，它将对象组织到树形结构中，顶层的节点被称为根节点，根节点下面可以包含树枝节点和叶子节点，树枝节点下面又可以包含树枝节点和叶子节点，树形结构图如下。
由上图可以看出，其实根节点和树枝节点本质上属于同一种数据类型，可以作为容器使用；而叶子节点与树枝节点在语义上不属于用一种类型。但是在组合模式中，会把树枝节点和叶子节点看作属于同一种数据类型（用统一接口定义），让它们具备一致行为。
这样，在组合模式中，整个树形结构中的对象都属于同一种类型，带来的好处就是用户不需要辨别是树枝节点还是叶子节点，可以直接进行操作，给用户的使用带来极大的便利。
组合模式的主要优点有：
- 组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码；
- 更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；
2.2组合模式的结构与实现
组合模式包含以下主要角色。
- 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。（总的抽象类或接口，定义一些通用的方法，比如新增、删除）
- 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于继承或实现抽象构件。
- 树枝构件（Composite）角色 / 中间构件：是组合中的分支节点对象，它有子节点，用于继承和实现抽象构件。它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。
组合模式解决的问题：
- 组合模式解决这样的问题，当我们的要处理的对象可以生成一颗树形结构，而我们要对树上的节点和叶子进行操作时，它能够提供一致的方式，而不用考虑它是节点还是叶子
2.3组合模式解决学校院系展示问题
具体代码如下：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//从大到小创建对象 学校
OrganizationComponent university = new University("清华大学", " 中国顶级大学 ");
//创建 学院
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 ");
//创建各个学院下面的系(专业)
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 "));
//将学院加入到 学校
university.add(computerCollege);
university.add(infoEngineercollege);
//university.print();
infoEngineercollege.print();
}
}
public class Department extends OrganizationComponent {
//没有集合
public Department(String name, String des) {
super(name, des);
// TODO Auto-generated constructor stub
}
//add , remove 就不用写了，因为他是叶子节点
@Override
public String getName() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getName();
}
@Override
public String getDes() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getDes();
}
@Override
protected void print() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(getName());
}
}
public class College extends OrganizationComponent {
//List 中 存放的Department
List organizationComponents = new ArrayList();
// 构造器
public College(String name, String des) {
super(name, des);
// TODO Auto-generated constructor stub
}
// 重写add
@Override
protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
// TODO Auto-generated method stub
// 将来实际业务中，Colleage 的 add 和 University add 不一定完全一样
organizationComponents.add(organizationComponent);
}
// 重写remove
@Override
protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
// TODO Auto-generated method stub
organizationComponents.remove(organizationComponent);
}
@Override
public String getName() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getName();
}
@Override
public String getDes() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getDes();
}
// print方法，就是输出University 包含的学院
@Override
protected void print() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("--------------" + getName() + "--------------");
//遍历 organizationComponents
for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
organizationComponent.print();
}
}
}
//University 就是 Composite , 可以管理College
public class University extends OrganizationComponent {
List organizationComponents = new ArrayList();
// 构造器
public University(String name, String des) {
super(name, des);
// TODO Auto-generated constructor stub
}
// 重写add
@Override
protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
// TODO Auto-generated method stub
organizationComponents.add(organizationComponent);
}
// 重写remove
@Override
protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
// TODO Auto-generated method stub
organizationComponents.remove(organizationComponent);
}
@Override
public String getName() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getName();
}
@Override
public String getDes() {
// TODO Auto-generated method stub
return super.getDes();
}
// print方法，就是输出University 包含的学院
@Override
protected void print() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("--------------" + getName() + "--------------");
//遍历 organizationComponents
for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
organizationComponent.print();
}
}
}
public abstract class OrganizationComponent {
private String name; // 名字
private String des; // 说明
protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
//默认实现
throw new UnsupportedOperationException();
}
protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
//默认实现
throw new UnsupportedOperationException();
}
//构造器
public OrganizationComponent(String name, String des) {
super();
this.name = name;
this.des = des;
}
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;
}
//方法print, 做成抽象的, 子类都需要实现
protected abstract void print();
} 运行结果如下：
2.4组合模式的注意事项和实现细节
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。