23种设计模式之组合设计模式

1. 简介

组合设计模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式。它允许你将对象组合成树形结构来表示 “部分 - 整体” 的层次关系。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性，即可以像操作单个对象一样操作组合对象。

• 结构组成
  • 组件（Component）接口或抽象类 ：这是组合模式中的最顶层抽象，它定义了叶子节点和组合节点（包含其他子节点的节点）的公共操作接口。例如，在一个文件系统的模拟中，这个接口可能包含诸如getName()（获取名称）、getSize()（获取大小）等方法。
  • 叶子节点（Leaf）：叶子节点是树形结构中的最底层对象，它没有子节点。它们实现了组件接口，但因为没有子节点，所以对于组合相关的操作（如添加或删除子节点）没有实际意义。例如，在文件系统中，文件就是叶子节点，它有自己的名称和大小，但不能包含其他文件或文件夹。
  • 组合节点（Composite）：组合节点是包含子节点的节点，它也实现了组件接口。它内部维护了一个子节点的集合，并且实现了添加、删除和获取子节点等操作。在文件系统示例中，文件夹就是组合节点，它可以包含文件和其他文件夹。

2. 代码

2.1 Employee （三合一）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Employee {
    private String name;
    private String position;
    private int salary;

    private List<Employee> employees;

    public Employee(String name, String position, int salary) {
        this.name = name;
        this.position = position;
        this.salary = salary;
        employees = new ArrayList<>();
    }

    public void addEmployee(Employee employee) {
        employees.add(employee);
    }

    public void removeEmployee(Employee employee) {
        employees.remove(employee);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public String getPosition() {
        return position;
    }

    public void setPosition(String position) {
        this.position = position;
    }

    public int getSalary() {
        return salary;
    }

    public void setSalary(int salary) {
        this.salary = salary;
    }

    public List<Employee> getEmployees() {
        return employees;
    }

    public void setEmployees(List<Employee> employees) {
        this.employees = employees;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", position='" + position + '\'' +
                ", salary=" + salary +
                '}';
    }
}

2.2 Test

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // CEO
        Employee ceo = new Employee("dev1", "ceo", 10000);
        // 部门经理
        Employee manager = new Employee("dev2", "manager", 5000);
        // 创建销售员
        Employee saller1 = new Employee("dev3", "saller1", 4000);
        Employee saller2 = new Employee("dev3", "saller2", 4000);
        // 仓库管理员
        Employee warehouse = new Employee("dev4", "warehouse", 3000);

        ceo.addEmployee(manager);
        manager.addEmployee(saller1);
        manager.addEmployee(saller2);
        manager.addEmployee(warehouse);

        System.out.println(ceo);
        for(Employee employee : ceo.getEmployees()){
            System.out.println(employee);
            for(Employee e : employee.getEmployees()){
                System.out.println(e);
            }
        }
    }
}

输出结果：

Employee{name='dev1', position='ceo', salary=10000}
Employee{name='dev2', position='manager', salary=5000}
Employee{name='dev3', position='saller1', salary=4000}
Employee{name='dev3', position='saller2', salary=4000}
Employee{name='dev4', position='warehouse', salary=3000}

2.3 其他例子

// 组件接口
interface FileSystemComponent {
    String getName();
    long getSize();
}
// 叶子节点 - 文件
class File implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private long size;
    public File(String name, long size) {
        this.name = name;
        this.size = size;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public long getSize() {
        return size;
    }
}
// 组合节点 - 文件夹
class Directory implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private java.util.ArrayList<FileSystemComponent> children = new java.util.ArrayList<>();
    public Directory(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public long getSize() {
        long size = 0;
        for (FileSystemComponent child : children) {
            size += child.getSize();
        }
        return size;
    }
    public void add(FileSystemComponent component) {
        children.add(component);
    }
    public void remove(FileSystemComponent component) {
        children.remove(component);
    }
    public FileSystemComponent[] getChildren() {
        return children.toArray(new FileSystemComponent[0]);
    }
}

3. 使用场景

• 树形结构数据表示：组合模式非常适合用于表示具有层次结构的数据，如文件系统、组织结构图、菜单系统等。例如，在一个公司的组织结构中，部门可以包含子部门和员工，使用组合模式可以方便地对整个组织结构进行操作，如计算部门的总人数、获取部门的所有下属等。
• 统一处理对象和对象集合：当需要以相同的方式处理单个对象和对象集合时，组合模式是很好的选择。比如在图形绘制系统中，图形可以是单个的点、线，也可以是由多个图形组成的复杂图形。通过组合模式，可以统一地对这些图形进行绘制、移动、缩放等操作。

4. 优缺点

• 优点
  • 层次结构清晰：组合模式能够清晰地表示出对象之间的层次关系，使得代码结构更加直观，易于理解和维护。
  • 客户端调用简单：客户端可以统一地使用组件接口来操作单个对象和组合对象，不需要分别处理不同类型的对象，降低了客户端代码的复杂性。
  • 可扩展性强：可以方便地添加新的叶子节点或组合节点类型，只要它们实现了组件接口，就可以融入到现有的层次结构中。
• 缺点
  • 设计复杂度过高：对于简单的层次结构，使用组合模式可能会使设计变得过于复杂，增加了代码的理解和实现成本。
  • 限制了叶子节点和组合节点的差异性：由于叶子节点和组合节点都要实现组件接口，可能会导致一些不符合实际情况的接口实现。例如，叶子节点可能不需要实现与子节点相关的操作，但为了符合接口要求，也需要提供这些操作的空实现。

5. 总结

无，哈哈