设计模式之组合模式解析

组合模式

1）概述

1.定义

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。

组合模式对单个对象（即叶子对象）和组合对象（即容器对象）的使用具有一致性，组合模式又称为“整体—部分”(Part-Whole)模式。

2.结构图

3.角色

• Component（抽象构件）：它可以是接口或抽象类，为叶子构件和容器构件对象声明的接口，在该角色中可以包含所有子类共有行为的声明和实现，在抽象构件中定义了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。

• Leaf（叶子构件）：它在组合结构中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点，它实现了在抽象构件中定义的行为。对于那些访问及管理子构件的方法，可以通过异常等方式进行处理。

• Composite（容器构件）：它在组合结构中表示容器节点对象，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，在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。

4.核心

定义一个抽象构件类，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。

为容器对象与抽象构件类之间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。

2）案例-简单方案

抽象构件角色

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

class Leaf extends Component {
    public void add(Component c) {
        //异常处理或错误提示 
    }

    public void remove(Component c) {
        //异常处理或错误提示 
    }

    public Component getChild(int i) {
        //异常处理或错误提示
        return null;
    }

    public void operation() {
        //叶子构件具体业务方法的实现
    }
}

注意：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。

容器构件

public class Composite extends Component {
    private final 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 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 (Component obj : list) {
            obj.operation();
        }
    }
}

3）案例-完整解决方案

1.结构图

AbstractFile充当抽象构件类，Folder充当容器构件类，ImageFile、TextFile和VideoFile充当叶子构件类。

2.代码案例

抽象文件类

//抽象文件类：抽象构件
abstract class AbstractFile {
    public abstract void add(AbstractFile file);

    public abstract void remove(AbstractFile file);

    public abstract AbstractFile getChild(int i);

    public abstract void killVirus();
}

具体文件类

//图像文件类：叶子构件
public class ImageFile extends AbstractFile {
    private String name;

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

    public void add(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public void remove(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public AbstractFile getChild(int i) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
        return null;
    }

    public void killVirus() {
        //模拟杀毒
        System.out.println("----对图像文件'" + name + "'进行杀毒");
    }
}

//文本文件类：叶子构件
public class TextFile extends AbstractFile {
    private String name;

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

    public void add(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public void remove(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public AbstractFile getChild(int i) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
        return null;
    }

    public void killVirus() {
        //模拟杀毒
        System.out.println("----对文本文件'" + name + "'进行杀毒");
    }
}


//视频文件类：叶子构件
public class VideoFile extends AbstractFile {
    private String name;

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

    public void add(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public void remove(AbstractFile file) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
    }

    public AbstractFile getChild(int i) {
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");
        return null;
    }

    public void killVirus() {
        //模拟杀毒
        System.out.println("----对视频文件'" + name + "'进行杀毒");
    }
}

文件夹类

import java.util.ArrayList;

//文件夹类：容器构件
public class Folder extends AbstractFile {
    //定义集合fileList，用于存储AbstractFile类型的成员
    private ArrayList<AbstractFile> fileList = new ArrayList<AbstractFile>();
    private String name;

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

    public void add(AbstractFile file) {
        fileList.add(file);
    }

    public void remove(AbstractFile file) {
        fileList.remove(file);
    }

    public AbstractFile getChild(int i) {
        return (AbstractFile) fileList.get(i);
    }

    public void killVirus() {
        System.out.println("****对文件夹'" + name + "'进行杀毒");  //模拟杀毒

        //递归调用成员构件的killVirus()方法
        for (Object obj : fileList) {
            ((AbstractFile) obj).killVirus();
        }
    }
}

客户端类

public class Client {
    public static void main(String args[]) {
        //针对抽象构件编程
        AbstractFile file1, file2, file3, file4, file5, folder1, folder2, folder3, folder4;

        folder1 = new Folder("Sunny的资料");
        folder2 = new Folder("图像文件");
        folder3 = new Folder("文本文件");
        folder4 = new Folder("视频文件");

        file1 = new ImageFile("小龙女.jpg");
        file2 = new ImageFile("张无忌.gif");
        file3 = new TextFile("九阴真经.txt");
        file4 = new TextFile("葵花宝典.doc");
        file5 = new VideoFile("笑傲江湖.rmvb");

        folder2.add(file1);
        folder2.add(file2);
        folder3.add(file3);
        folder3.add(file4);
        folder4.add(file5);
        folder1.add(folder2);
        folder1.add(folder3);
        folder1.add(folder4);

        //从“Sunny的资料”节点开始进行杀毒操作
        folder1.killVirus();
    }
}

4）透明组合模式与安全组合模式

1.透明组合模式

a) 概述

在抽象构件Component中声明了所有用于管理成员对象的方法，包括add()、remove()以及getChild()等方法。

b）优点

确保所有的构件类都有相同的接口，在客户端看来，叶子对象与容器对象提供的方法是一致的，客户端可以相同地对待所有的对象。

c）缺点

不够安全，因为叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供add()、remove()以及getChild()等方法是没有意义的，在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）。

d) 结构图

2.安全组合模式

a）概述

在抽象构件Component中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在Composite类中声明并实现这些方法。

b）优点

安全，对于叶子对象，客户端不可能调用到管理成员对象的方法。

c）缺点

不够透明，因为叶子构件和容器构件具有不同的方法，且容器构件中用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义，因此客户端不能完全针对抽象编程，必须有区别的对待叶子构件和容器构件。

d) 结构图

5）总结

1.优点

• 可以清楚地定义分层次的复杂对象，方便对整个层次结构进行控制。

• 客户端可以一致的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，简化了客户端代码。

• 在组合模式中增加新的容器构件和叶子构件都很方便，无须对现有类库进行任何修改，符合“开闭原则”。

• 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子对象和容器对象的递归组合，形成复杂的树形结构。

2.缺点

• 在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制。
• 案例，在某个文件夹中只能包含文本文件，使用组合模式时，不能依赖类型系统来施加这些约束，因为它们都来自于相同的抽象层，必须通过在运行时进行类型检查来实现，这个实现过程较为复杂。

3.适用场景

在具有整体和部分的层次结构中，希望通过一种方式忽略整体与部分的差异，客户端可以一致地对待它们。

在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构。

在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象，而且它们的类型不固定，需要增加一些新的类型。