组合模式

组合模式（Composite Pattern），又叫部分整体模式，是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。这种类型的设计模式属于结构型模式，它创建了对象组的树形结构。

这种模式创建了一个包含自己对象组的类。该类提供了修改相同对象组的方式。

我们通过下面的实例来演示组合模式的用法。实例演示了一个组织中员工的层次结构。

介绍

意图

将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

主要解决的问题

  • 简化树形结构中对象的处理，无论它们是单个对象还是组合对象。
  • 解耦客户端代码与复杂元素的内部结构，使得客户端可以统一处理所有类型的节点。

使用场景

  • 当需要表示对象的层次结构时，如文件系统或组织结构。
  • 当希望客户端代码能够以一致的方式处理树形结构中的所有对象时。

实现方式

  • 统一接口：定义一个接口，所有对象（树枝和叶子）都实现这个接口。
  • 组合结构：树枝对象包含一个接口的引用列表，这些引用可以是叶子或树枝。

关键代码

  • Component接口：定义了所有对象必须实现的操作。
  • Leaf类：实现Component接口，代表树中的叶子节点。
  • Composite类：也实现Component接口，并包含其他Component对象的集合。

应用实例

  1. 算术表达式：构建一个由操作数、操作符和子表达式组成的树形结构。
  2. GUI组件：在Java的AWT和Swing库中，容器（如Panel）可以包含其他组件（如按钮和复选框）。

优点

  1. 简化客户端代码：客户端可以统一处理所有类型的节点。
  2. 易于扩展：可以轻松添加新的叶子类型或树枝类型。

缺点

  • 违反依赖倒置原则：组件的声明是基于具体类而不是接口，这可能导致代码的灵活性降低。

使用建议

  • 在设计时，优先使用接口而非具体类，以提高系统的灵活性和可维护性。
  • 适用于需要处理复杂树形结构的场景，如文件系统、组织结构等。

注意事项

  • 在实现时，确保所有组件都遵循统一的接口，以保持一致性。
  • 考虑使用工厂模式来创建不同类型的组件，以进一步解耦组件的创建逻辑。

结构

组合模式的核心角色包括：

  • 组件（Component）:

    • 定义了组合中所有对象的通用接口，可以是抽象类或接口。它声明了用于访问和管理子组件的方法，包括添加、删除、获取子组件等。

  • 叶子节点（Leaf）:

    • 表示组合中的叶子节点对象，叶子节点没有子节点。它实现了组件接口的方法，但通常不包含子组件。

  • 复合节点（Composite）:

    • 表示组合中的复合对象，复合节点可以包含子节点，可以是叶子节点，也可以是其他复合节点。它实现了组件接口的方法，包括管理子组件的方法。

  • 客户端（Client）:

    • 通过组件接口与组合结构进行交互，客户端不需要区分叶子节点和复合节点，可以一致地对待整体和部分。

实现

我们有一个类 Employee，该类被当作组合模型类。CompositePatternDemo 类使用 Employee 类来添加部门层次结构，并打印所有员工。

组合模式的 UML 图

步骤 1

创建 Employee 类，该类带有 Employee 对象的列表。

Employee.java

import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class Employee { private String name; private String dept; private int salary; private List<Employee> subordinates; //构造函数 public Employee(String name,String dept, int sal) { this.name = name; this.dept = dept; this.salary = sal; subordinates = new ArrayList<Employee>(); } public void add(Employee e) { subordinates.add(e); } public void remove(Employee e) { subordinates.remove(e); } public List<Employee> getSubordinates(){ return subordinates; } public String toString(){ return ("Employee :[ Name : "+ name +", dept : "+ dept + ", salary :" + salary+" ]"); } }

步骤 2

使用 Employee 类来创建和打印员工的层次结构。

CompositePatternDemo.java

public class CompositePatternDemo { public static void main(String[] args) { Employee CEO = new Employee("John","CEO", 30000); Employee headSales = new Employee("Robert","Head Sales", 20000); Employee headMarketing = new Employee("Michel","Head Marketing", 20000); Employee clerk1 = new Employee("Laura","Marketing", 10000); Employee clerk2 = new Employee("Bob","Marketing", 10000); Employee salesExecutive1 = new Employee("Richard","Sales", 10000); Employee salesExecutive2 = new Employee("Rob","Sales", 10000); CEO.add(headSales); CEO.add(headMarketing); headSales.add(salesExecutive1); headSales.add(salesExecutive2); headMarketing.add(clerk1); headMarketing.add(clerk2); //打印该组织的所有员工 System.out.println(CEO); for (Employee headEmployee : CEO.getSubordinates()) { System.out.println(headEmployee); for (Employee employee : headEmployee.getSubordinates()) { System.out.println(employee); } } } }

步骤 3

执行程序，输出结果为：

Employee :[ Name : John, dept : CEO, salary :30000 ]
Employee :[ Name : Robert, dept : Head Sales, salary :20000 ]
Employee :[ Name : Richard, dept : Sales, salary :10000 ]
Employee :[ Name : Rob, dept : Sales, salary :10000 ]
Employee :[ Name : Michel, dept : Head Marketing, salary :20000 ]
Employee :[ Name : Laura, dept : Marketing, salary :10000 ]
Employee :[ Name : Bob, dept : Marketing, salary :10000 ]