设计模式学习笔记（十三）组合模式及其在树形结构中的应用

组合（Composite）模式，又叫做树形模式，主要用来处理树形结构数据。是将一组对象组织成树形结构，以表示一种“部分-整体”的层次结构。让客户端可以统一单个对象和组合对象的处理逻辑。

一、组合模式介绍

组合模式通过以树形结构来表示“部分-整体”，使得用户对叶对象和组合对象的使用具有一致性。也就是说在组合模式中，整个树形结构的对象都属于同一种类型，用户可以对叶对象和组合对象统一处理。

1.1 组合模式分类

组合模式主要有透明式和安全式两种分类，下面来分别说明

1.1.1 透明式组合模式

在该方式中，抽象构件声明了所有子类中的全部方法，这样实现抽象构件接口的所有子类都具备了全部方法，这样的好处是叶节点和枝节点对于外界没有任何区别，它们具备了完全一致的接口。但是对于叶节点有些本身不具备的方法，就可能会有安全隐患（空指针异常等）。其结构类图如下所示：

• Component：抽象构件，为叶节点和树枝节点声明公共接口，以及访问和管理子类的接口
• Composite：树枝构件，组合中的分支节点对象，作用是存储和管理子部件
• Leaf：树叶构件，组合中的叶节点对象，用于继承和实现抽象构件
• Client：客户端

1.1.2 安全式组合模式

前面提到透明式组合模式中，因为抽象构件声明所有子类方法，有可能会造成安全问题。所以在安全式中，将管理叶节点的方法转移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了透明式组合模式中的安全问题。但是由于树叶和树枝构件有不同的接口，因此在使用时，就不能将两种构件一概而论，对于客户端调用方而言，就失去了透明性。其结构类图如下所示：

• Component：抽象构件，为叶节点和树枝节点声明公共接口，没有访问和管理子类的接口
• Composite：树枝构件，组合中的分支节点对象，作用是存储和管理子部件
• Leaf：树叶构件，组合中的叶节点对象，没有对子类的管理方法
• Client：客户端

1.2 组合模式实现

根据上面的类图，可以实现如下代码：

1.2.1 透明式组合模式实现

/**
 * @description: 透明式抽象构件
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public interface Component {

    /**公共操作方法**/
   void operation();

    /**
     * 添加构件
     * @param c 组合模式中的构件
     */
    void add(Component c);

    /**
     * 移除构件
     * @param c 组合模式中的构件
     */
    void remove(Component c);

    /**
     * 获得子对象
     * @param t 子对象序号
     * @return  子对象
     */
    Component getChild(int t);

}

/**
 * @description: 树枝节点
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Composite implements Component{

    private ArrayList<Component> children = new ArrayList<>();

    @Override
    public void operation() {
        for (Component child : children) {
            child.operation();
        }
    }

    @Override
    public void add(Component c) {
        children.add(c);
    }

    @Override
    public void remove(Component c) {
        children.remove(c);
    }

    @Override
    public Component getChild(int t) {
        return children.get(t);
    }
}

/**
 * @description: 树叶节点
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Leaf implements Component{
    private String name;

    public Leaf(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("我是树叶节点:" + name);
    }

    @Override
    public void add(Component c) {

    }

    @Override
    public void remove(Component c) {

    }

    @Override
    public Component getChild(int t) {
        return null;
    }
}
/**
 * @description: 客户端类
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Component component = new Composite();
        Component leaf1 = new Leaf("1");
        Component leaf2 = new Leaf("2");
        component.add(leaf1);
        component.add(leaf2);
        component.operation();
        component.getChild(1).operation();
        //这里树叶构件能调用add方法就会造成安全隐患
        leaf1.add(leaf1);
    }
}

客户端运行结果：

我是树叶节点:1
我是树叶节点:2
我是树叶节点:2

1.2.2 安全式组合模式实现

/**
 * @description: 安全式抽象构件
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public interface Component {

    /**公共操作方法**/
   void operation();
}

/**
 * @description: 树枝节点
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Composite implements Component{

    private ArrayList<Component> children = new ArrayList<>();

    @Override
    public void operation() {
        for (Component child : children) {
            child.operation();
        }
    }


    public void add(Component c) {
        children.add(c);
    }


    public void remove(Component c) {
        children.remove(c);
    }


    public Component getChild(int t) {
        return children.get(t);
    }
}

/**
 * @description: 树叶节点
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Leaf implements Component{
    private String name;

    public Leaf(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("我是树叶节点:" + name);
    }

}

/**
 * @description: 客户端类
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Composite composite = new Composite();
        Leaf leaf1 = new Leaf("1");
        Leaf leaf2 = new Leaf("2");
        composite.add(leaf1);
        composite.add(leaf2);
        composite.operation();
    }
}

客户端测试结果：

我是树叶节点:1
我是树叶节点:2

二、组合模式应用场景

组合模式常见的应用场景主要是出现树形结构的地方，比如文件目录，公司人员架构图等等

2.1 公司人员架构

比如按照部门和员工组织成树形结构，可以统一处理薪资：

/**
 * @description: 人力资源抽象构件
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public abstract class HumanResource {
    protected long id;
    protected double salary;

    public HumanResource(long id) {
        this.id = id;
    }

    public long getId() {
        return id;
    }

    /**
     * 计算工资
     * @return 工资结果
     */
    public abstract double calculateSalary();
}

/**
 * @description: 部门树枝构件
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Department extends HumanResource{

    private List<HumanResource> humanResources = new ArrayList<>();

    public Department(long id) {
        super(id);
    }

    @Override
    public double calculateSalary() {
        double totalSalary = 0;
        for (HumanResource humanResource : humanResources) {
            totalSalary += humanResource.calculateSalary();
        }
        this.salary = totalSalary;
        return totalSalary;
    }

    public void addHumanResource(HumanResource humanResource) {
        humanResources.add(humanResource);
    }
}
/**
 * @description: 员工树叶构件
 * @author: wjw
 * @date: 2022/4/3
 */
public class Employee extends HumanResource{

    public Employee(long id, double salary) {
        super(id);
        this.salary = salary;
    }

    @Override
    public double calculateSalary() {
        return salary;
    }
}

参考资料

《设计模式之美》

http://c.biancheng.net/view/1373.html

《Java 设计模式》

《设计模式：可复用面向对象软件的基础》