设计模式系列之「组合模式」

小Y科普：家谱又称族谱、宗谱等。它以记载父系家族世系、人物为中心，由正史中的帝王本纪及王侯列传、年表等演变而来。是一种特殊的文献，就其内容而言，是中国五千年文明史中具有平民特色的文献，记载的是同宗共祖血缘集团世系人物和事迹等方面情况的历史图籍。

Now，how to 实现 小J's 族谱。

一、小J族谱简略版

从最顶层的第一代J开始，一代代往下记录下去，这很明显就是一个树状结构，现在小Y要做的就是通过最合适的方式把小J的族谱图遍历出来。

二、树状图的拆解利器-组合模式

1.组合模式的定义

组合模式也叫合成模式，有时又叫做部分-整体模式，主要是用来描述部分与整体的关系，将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”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。

2.组合模式的角色介绍（组合模式有两种实现：安全模式和透明模式）

• 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。

3.组合模式的使用场景

• 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。

4.安全模式和透明模式的具体实现

(1)安全模式

①抽象构件

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

②树枝构件

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;
    }
}

③树叶构件

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

④Client

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);
            }
        }
    }
}

(2)透明模式

①抽象构件

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();
}

②树枝构件

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;
    }
}

③树叶构件

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
    }
}

④Client

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);
            }
        }
    }
}

4.安全模式和透明模式的区别

• 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；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。

• 安全模式与依赖倒置原则冲突；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。

• 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。

三、通过安全模式实现遍历小J的族谱

①抽象构件抽象族员类

public abstract class PersonMode {
    //人名
    private String name;
    //性别
    private String sex;
    //年龄
    private int age;

    public PersonMode(String name, String sex, int age) {
        this.name = name;
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    //个人信息
    public String getPersonInfo(){
        String info="姓名:"+name+"\t性别:"+sex+"\t年龄:"+age;
        return info;
    }
}

②树叶构件

public class PersonLeaf extends PersonMode {
    //写一个构造函数
    public PersonLeaf(String name, String sex, int age) {
        super(name, sex, age);
    }
}

③树枝构件

public class PersonBranch extends PersonMode {
    private List<PersonMode> personModeList=new ArrayList<>();

    public PersonBranch(String name, String sex, int age) {
        super(name, sex, age);
    }

    public void addPerson(PersonMode person){
        this.personModeList.add(person);
    }

    public List<PersonMode> getPersonModeList(){
        return this.personModeList;
        }
}

④Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 组装小J的族谱
        */
        PersonBranch personBranch=getPersonInfo();
        showTree(personBranch);
    }

    private static PersonBranch getPersonInfo(){
        //第一代J
        PersonBranch OneJ=new PersonBranch("第一代J","男",150);
        //第一代J的三个儿子
        PersonBranch JA=new PersonBranch("JA","男",70);
        PersonBranch JB=new PersonBranch("JB","男",60);
        PersonBranch JC=new PersonBranch("JC","男",50);
        //JA的三个儿子
        PersonBranch JA1=new PersonBranch("JA1","男",40);
        PersonBranch JA2=new PersonBranch("JA2","男",30);
        PersonBranch JA3=new PersonBranch("JA3","男",45);
        //JB的两个儿子
        PersonBranch JB1=new PersonBranch("JB1","男",40);
        PersonBranch JB2=new PersonBranch("JB2","男",30);
        //JC的儿子小J
        PersonBranch xiao_J=new PersonBranch("xiao_J","男",20);
        //JA1三个儿子
        PersonBranch JA1_1=new PersonBranch("JA1_1","男",18);
        PersonBranch JA1_2=new PersonBranch("JA1_2","男",16);
        PersonBranch JA1_3=new PersonBranch("JA1_3","男",20);
        //JA3三个儿子
        PersonBranch JA3_1=new PersonBranch("JA3_1","男",16);
        PersonBranch JA3_2=new PersonBranch("JA3_2","男",20);
        PersonBranch JA3_3=new PersonBranch("JA3_3","男",18);

        //开始组装树状族谱
        //组装第一代J下的三个儿子
        OneJ.addPerson(JA);
        OneJ.addPerson(JB);
        OneJ.addPerson(JC);
        //组装JA的三个儿子
        JA.addPerson(JA1);
        JA.addPerson(JA2);
        JA.addPerson(JA3);
        //组装JB的两个儿子
        JB.addPerson(JB1);
        JB.addPerson(JB2);
        //组装JC的儿子
        JC.addPerson(xiao_J);
        //组装JA1的三个儿子
        JA1.addPerson(JA1_1);
        JA1.addPerson(JA1_2);
        JA1.addPerson(JA1_3);
        //组装JA3的三个儿子
        JA3.addPerson(JA3_1);
        JA3.addPerson(JA3_2);
        JA3.addPerson(JA3_3);

        return OneJ;
    }

    //通过递归遍历树
    private static void showTree(PersonBranch root){
        System.out.println(root.getPersonInfo());
        for(PersonMode c:root.getPersonModeList()){
            if(c instanceof PersonLeaf){ //叶子节点
                System.out.println(c.getPersonInfo());
            }else{ //树枝节点
                showTree((PersonBranch) c);
            }
        }
    }
}

场景类负责树状结构的建立，并可以通过递归方式遍历整个树。

输出的结果为：

姓名：第一代J 性别：男 年龄：150
姓名：JA 性别：男 年龄：70
姓名：JA1 性别：男 年龄：40
姓名：JA1_1 性别：男 年龄：18
姓名：JA1_2 性别：男 年龄：16
姓名：JA1_3 性别：男 年龄：20
姓名：JA2 性别：男 年龄：30
姓名：JA3 性别：男 年龄：45
姓名：JA3_1 性别：男 年龄：16
姓名：JA3_2 性别：男 年龄：20
姓名：JA3_3 性别：男 年龄：18
姓名：JB 性别：男 年龄：60
姓名：JB1 性别：男 年龄：40
姓名：JB2 性别：男 年龄：30
姓名：JC 性别：男 年龄：50
姓名：xiao_J 性别：男 年龄：20

四、组合模式优缺点

1.优点

高层模块调用简单。局部和整体对调用者来说没有任何区别，也就是说，高层模块不必关心自己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。

节点自由增加。使用了组合模式后，我们可以看看，如果想增加一个树枝节点、树叶节点十分简单，只要找到它的父节点就成，非常容易扩展，符合开闭原则，对以后的维护非常有利。

2.缺点

组合模式有一个非常明显的缺点，在上面的场景类可以看到树枝树叶直接使用了实现类，这在面向接口编程上是很不恰当的，与依赖倒置原则冲突，它限制了你接口的影响范围。

五、总结

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，，就要考虑使用组合模式。

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