组合模式Composite——树形结构不再头疼

雨点打透心脏的1/2处 2023-01-16 11:25 110阅读 0赞

组合模式可以在需要针对“树形结构”进行操作的应用中使用，例如扫描文件夹、渲染网站导航结构等等。

> # 一、什么是组合模式？ #

组合模式将一组相似的对象看做一个对象处理，并根据一个树状结构来组合对象，提供一个统一的方法去访问相应的对象，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

很抽象对吧，那就到了举例子的时候：

>  *  公司组织关系树
> 
> 公司组织关系可能分为部门与人，其中人属于部门，有的人有下属，有的人没有下属。如果我们统一将部门、人抽象为组织节点，就可以方便的统计某个部门下有多少人、财务数据等等，而不用关心当前节点是部门还是人。
> 
>  *  操作系统的文件夹与文件
> 
> 操作系统的文件夹与文件也是典型的树状结构，为了方便递归出文件夹内文件数量或者文件总大小，我们最好设计的时候就将文件夹与文件抽象为文件，这样每个节点都拥有相同的方法添加、删除、查找子元素，而不需要关心当前节点是文件夹或是文件。

这下就明白了吧，就是常见的树形结构。

**组合模式有两种实现：安全模式和透明模式**

![c1791c19b9d4b2ad633e2617a9e0c1d2.png][]

*  **Component抽象构件角色**  
    定义参加组合对象的共有方法和属性，可以定义一些默认的行为或属性。
 *  **Leaf叶子构件**  
    Leaf叶子构件叶子对象，其下再也没有其他的分支，也就是遍历的最小单位。
 *  **Composite树枝构件**  
    树枝对象，它的作用是组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。组合模式的重点就在树枝构件。

> # 二、**安全模式实现** #

public abstract class Component {
        //个体和整体都具有
        public void operation(){
            //编写业务逻辑
        }
    }

public class Composite extends Component {
        //构件容器
        private List<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
        //增加一个叶子构件或树枝构件
        public void add(Component component){
            this.componentArrayList.add(component);
        }
        //删除一个叶子构件或树枝构件
        public void remove(Component component){
            this.componentArrayList.remove(component);
        }
        //获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
        public List<Component> getChildren(){
            return this.componentArrayList;
        }
    }

public class Leaf extends Component {
        /*
         * 可以覆写父类方法
         * public void operation(){
         *
         * }
         */
    }

public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            //创建一个根节点
            Composite root = new Composite();
            root.operation();
            //创建一个树枝构件
            Composite branch = new Composite();
            //创建一个叶子节点
            Leaf leaf = new Leaf();
            //建立整体
            root.add(branch);
            branch.add(leaf);
        }
    
        //通过递归遍历树
        public static void showTree(Composite root){
            for(Component c:root.getChildren()){
                if(c instanceof Leaf){ //叶子节点
                    c.operation();
                }else{ //树枝节点
                    showTree((Composite)c);
                }
            }
        }
    }

> # 三、透明模式实现 #

public abstract class Component {
        //个体和整体都具有
        public void operation(){
            //编写业务逻辑
        }
        //增加一个叶子构件或树枝构件
        public abstract void add(Component component);
        //删除一个叶子构件或树枝构件
        public abstract void remove(Component component);
        //获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
        public abstract List<Component> getChildren();
    }

public class Composite extends Component {
        //构件容器
        private ArrayList<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
        //增加一个叶子构件或树枝构件
        public void add(Component component){
            this.componentArrayList.add(component);
        }
        //删除一个叶子构件或树枝构件
        public void remove(Component component){
            this.componentArrayList.remove(component);
        }
        //获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
        public List<Component> getChildren(){
            return this.componentArrayList;
        }
    }

public class Leaf extends Component {
    
        public void add(Component component){
            //空实现
        }
    
        public void remove(Component component){
            //空实现
        }
    
        public List<Component> getChildren(){
            //空实现
            return null;
        }
    }

public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            //创建一个根节点
            Composite root = new Composite();
            root.operation();
            //创建一个树枝构件
            Composite branch = new Composite();
            //创建一个叶子节点
            Leaf leaf = new Leaf();
            //建立整体
            root.add(branch);
            branch.add(leaf);
        }
    
        //通过递归遍历树
        public static void showTree(Component root){
            for(Component c:root.getChildren()){
                if(c instanceof Leaf){ //叶子节点
                    c.operation();
                }else{ //树枝节点
                    showTree(c);
                }
            }
        }
    }

> # 四、安全模式和透明模式的区别 #

上面的实现代码可以看到：

1.  Composite和Client是一样的
2.  安全模式在抽象组件中只定义一些默认的行为或属性，它是把树枝节点和树叶节点彻底分开
3.  透明模式是把用来组合使用的方法放到抽象类中，不管叶子对象还是树枝对象都有相同的结构，通过判断确认是叶子节点还是树枝节点，如果处理不当，这个会在运行期出现问题，不是很建议的方式
4.  安全模式与依赖倒置原则冲突
5.  透明模式的好处就是它基本遵循了依赖倒转原则，方便系统进行扩展
6.  安全模式在遍历树形结构的的时候需要进行强制类型转换；在透明模式下，遍历整个树形结构是比较容易的，不用进行强制类型转换。

产生上面的区别的根本原因是透明模式的Composite定义了更多的方法，叶子节点和非叶子节点都去实现，这样叶子节点和非叶子节点的区分度就不高了，但是兼容性更强。

> #  五、安全模式下代码实例 #

现有下面的文件夹树形关系：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

使用组合的安全模式实现下：

@ToString
    public abstract class FolderMode {
        private String name;
        private String path;
        private String size;
    
        public FolderMode(String name, String path, String size) {
            this.name = name;
            this.path = path;
            this.size = size;
        }
    }

/**
     * 非叶子文件夹
     */
    public class FolderNonLeaf extends FolderMode {
        private List<FolderMode> list=new ArrayList<>();
    
        public FolderNonLeaf(String name, String path, String size) {
            super(name, path, size);
        }
    
        public void addFolder(FolderMode folder){
            this.list.add(folder);
        }
    
        public List<FolderMode> getList(){
            return this.list;
        }
    }

public class FolderLeaf extends FolderMode {
        public FolderLeaf(String name, String path, String size) {
            super(name, path, size);
        }
    }

public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            FolderNonLeaf folderNonLeaf = getFolders();
            showTree(folderNonLeaf);
        }
    
        private static FolderNonLeaf getFolders() {
            // 第一层根目录
            FolderNonLeaf root = new FolderNonLeaf("文件夹1", "1", "1");
            // 文件夹1的两个子文件夹
            FolderNonLeaf second_A = new FolderNonLeaf("文件夹1-1", "1/1-1", "6");
            FolderNonLeaf second_B = new FolderNonLeaf("文件夹1-2", "1/1-2", "6");
            // second_A的三个子文件夹
            FolderNonLeaf third_second_A_A = new FolderNonLeaf("文件夹1-1-1", "1/1-1/1-1-1", "40");
            FolderNonLeaf third_second_A_B = new FolderNonLeaf("文件夹1-1-2", "1/1-1/1-1-2", "40");
            FolderNonLeaf third_second_A_C = new FolderNonLeaf("文件夹1-1-3", "1/1-1/1-1-3", "30");
            // second_B的两个子文件夹
            FolderNonLeaf third_second_B_A = new FolderNonLeaf("文件夹1-2-1", "1/1-1/1-2-1", "30");
            FolderNonLeaf third_second_B_B = new FolderNonLeaf("文件夹1-2-2", "1/1-1/1-2-2", "30");
            // third_second_A_A子文件夹
            FolderNonLeaf fourth_third_second_A_A_A = new FolderNonLeaf("文件夹1-1-1-1", "1/1-1/1-1-1/1-1-1-1", "60");
    
            // 开始组装树状族谱
            // 第二层
            root.addFolder(second_A);
            root.addFolder(second_B);
            // 第三层
            second_A.addFolder(third_second_A_A);
            second_A.addFolder(third_second_A_B);
            second_A.addFolder(third_second_A_C);
            second_B.addFolder(third_second_B_A);
            second_B.addFolder(third_second_B_B);
            // 第四层
            third_second_A_A.addFolder(fourth_third_second_A_A_A);
            return root;
        }
    
        //通过递归遍历树
        private static void showTree(FolderNonLeaf root) {
            System.out.println(root.toString());
            for(FolderMode folder:root.getList()){
                // 叶子节点
                if(folder instanceof FolderLeaf){
                    System.out.println(folder.toString());
                }else{
                    showTree((FolderNonLeaf) folder);
                }
            }
        }
    }

FolderMode(name=文件夹1, path=1, size=1)
    FolderMode(name=文件夹1-1, path=1/1-1, size=6)
    FolderMode(name=文件夹1-1-1, path=1/1-1/1-1-1, size=40)
    FolderMode(name=文件夹1-1-1-1, path=1/1-1/1-1-1/1-1-1-1, size=60)
    FolderMode(name=文件夹1-1-2, path=1/1-1/1-1-2, size=40)
    FolderMode(name=文件夹1-1-3, path=1/1-1/1-1-3, size=30)
    FolderMode(name=文件夹1-2, path=1/1-2, size=6)
    FolderMode(name=文件夹1-2-1, path=1/1-1/1-2-1, size=30)
    FolderMode(name=文件夹1-2-2, path=1/1-1/1-2-2, size=30)

这里把叶子结点和非叶子节点的共同部分抽出来放在 FolderMode 中。

> # 六、适用场景 #

**优点:**

*  组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象，表示对象的全部或部分层次，它让高层模块忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。
 *  高层模块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，简化了高层模块的代码。
 *  在组合模式中增加了新的枝干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"。
 *  组合模式为树状结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子对象和树干对象的递归组合，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

**缺点:**

早新增构件时不好对树干中的构件类型进行限制，不能依赖类型系统来施加这些约束，因为在大多数情况下，它们都来自于想听的抽象层，此时，必须进行类型检查来实现，这个实现过程较为复杂。

**适用场景:**

*  只要是树形结构或者只要是要体现局部和整体的关系的时候，而且这种关系还可能比较深，就要考虑一下组合模式。
 *  从一个整体中能够独立出部分模块或功能的场景。
 *  维护和展示部分-整体关系的场景。

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