设计模式（8）-组合模式

简介

为什么要使用组合模式

将对象组合成树形结构以表示”部分-整体”的层次结构。组合模式使得对叶子对象和容器对象的操作具有一致性。

什么是组合模式

组合模式(Composite Pattern)：组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

别名

“整体—部分”(Part-Whole)模式

类型

对象结构型模式

遵守的原则

开闭原则。在组合模式中新增叶子构件和容器构件都很方便。

角色

角色

• Component，抽象构件
  
  • 接口或抽象类
  • 叶子构件和容器构件共有方法的声明和实现放在抽象构件类中，这些方法包括访问及管理它的子构件的方法，如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。
  • 客户端针对该抽象构件类进行编程，无须知道它到底表示的是叶子还是容器，可以对其进行统一处理。
• Leaf，叶子构件
  
  • 表示叶子节点对象。
  • 实现了在抽象构件中定义的行为。
  • 叶子构件不能再包含子构件，所以在叶子构件中实现子构件管理和访问方法时需要提供异常处理或错误提示。
• Composite，容器构件
  
  • 表示容器节点对象。
  • 容器节点包含子节点，其子节点可以是叶子节点，也可以是容器节点。
  • 它提供一个集合用于存储子节点，实现了在抽象构件中定义的行为，包括那些访问及管理子构件的方法。
  • 由于容器构件中仍然可以包含容器构件，因此在对容器构件进行处理时需要使用递归算法。

UML类图

组合模式的关键是定义了一个抽象构件类，它既可以代表叶子，又可以代表容器，而客户端针对该抽象构件类进行编程，无须知道它到底表示的是叶子还是容器，可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系，在容器对象中既可以包含叶子，也可以包含容器，以此实现递归组合，形成一个树形结构。

实现

• 创建抽象构件Component.java
• 创建叶子构件Leaf.java
• 创建容器构件Composite.java
• 创建测试类Client.java

Component.java

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  }

叶子构件和容器构件共有方法的声明和实现放在抽象构件类中，这些方法包括访问及管理它的子构件的方法，如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。客户端针对该抽象构件类进行编程，无须知道它到底表示的是叶子还是容器，可以对其进行统一处理。

Leaf.java

class Leaf extends Component {    public void add(Component c) {        // 异常处理或错误提示        System.out.println("ERROR:叶子节点不存在此操作");    }    public void remove(Component c) {        // 异常处理或错误提示        System.out.println("ERROR:叶子节点不存在此操作");    }    public Component getChild(int i) {        // 异常处理或错误提示        System.out.println("ERROR:叶子节点不存在此操作");        return null;    }    public void operation() {        System.out.println("Leaf.operation()");    }}

叶子构件不能再包含子构件，因此在叶子构件中实现子构件管理和访问方法时需要提供异常处理或错误提示。

Composite.java

import java.util.ArrayList;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        // 递归调用成员构件的业务方法        for (Object obj : list) {            ((Component) obj).operation();        }    }}

实现具体业务方法时，由于容器构件充当的是容器角色，包含成员构件，因此它将调用其成员构件的业务方法。在组合模式结构中，由于容器构件中仍然可以包含容器构件，因此在对容器构件进行处理时需要使用递归算法

Client.java

public class Client {    public static void main(String[] args) {        Component leaf = new Leaf();        leaf.add(leaf);        leaf.operation();        Component composite = new Composite();        composite.add(leaf);        composite.operation();    }}

测试

运行Client.java的main()

ERROR:叶子节点不存在此操作Leaf.operation()Leaf.operation()

优缺点

优点

• 使用方便。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。
• 符合“开闭原则”。在组合模式中新增叶子构件和容器构件都很方便。

缺点

待补充。

适用环境

• 想表示对象的部分-整体层次结构。
• 处理树形结构时，希望忽略容器和叶子的差异。

使用场景

• XML解析
• 文件系统设计

扩展

相关模式

• 装饰器模式通常和组合模式一起使用。
• 迭代器模式可用来遍历Composite。
• 访问者模式将本来分布在Composite和Leaf中的操作和行为局部化。

问题

在软件开发中，你在哪里用到了开闭原则？怎么用的？

待补充。