1. 模式定义

又名部分整体模式,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。❕%%
0804-🏡⭐️◼️组合模式与树形结构如何关联记忆?组合模式又叫部分整体模式,是将一组相似的对象看成是一个对象处理,通过树形结构来表示整体与部分的层次关系的。属于结构型设计模式◼️⭐️-point-202301230804%%

2. 模式结构

2.1. 模式角色

组合模式主要包含三种角色:

  • 抽象根节点(Component):定义系统各层次对象的共有方法和属性,可以预先定义一些默认行为和属性。
  • 树枝节点(Composite):定义树枝节点的行为,存储子节点,组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。
  • 叶子节点(Leaf):叶子节点对象,其下再无分支,是系统层次遍历的最小单位。

2.2. ⭐️🔴UML图示

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0817-🏡⭐️◼️2个UML对象之间2种关系的模式:装饰者模式、组合模式,都是聚合+继承◼️⭐️-point-202301230817%%

2.3. ⭐️🔴实现逻辑

继承(实现)+聚合

继承:树枝节点和叶子节点都继承抽象根节点,抽象根节点中给出默认实现,树枝节点重写节点操作方法,叶子节点重写叶子节点应该具有的方法。
聚合:树枝节点【聚合】抽象根节点为一个List集合,抽象根节点作为集合的泛型,用于添加叶子节点类型,方便递归遍历打印节点❕%%
0805-🏡⭐️◼️组合模式要点是什么?树枝节点聚合抽象根节点为List集合属性,抽象根节点类型作为集合的泛型,用于add叶子节点,方便递归遍历打印下属节点◼️⭐️-point-202301230805%%

3. 分类

在使用组合模式时,根据抽象构件类的定义形式,我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式。

  • 透明组合模式
    透明组合模式中,抽象根节点角色中声明了所有用于管理成员对象的方法,比如在示例中 MenuComponent 声明了 addremovegetChild 方法,这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。透明组合模式也是组合模式的标准形式。

    透明组合模式的缺点是不够安全,因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的,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() 等方法是没有意义的,这在编译阶段不会出错,但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)

  • 安全组合模式
    在安全组合模式中,在抽象构件角色中没有声明任何用于管理成员对象的方法,而是在树枝节点 Menu 类中声明并实现这些方法。安全组合模式的缺点是不够透明,因为叶子构件和容器构件具有不同的方法,且容器构件中那些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,必须有区别地对待叶子构件和容器构件。

组合模式-安全性.png

4. 案例分析

4.1. 软件菜单

如下图,我们在访问别的一些管理系统时,经常可以看到类似的菜单。一个菜单可以包含菜单项(菜单项是指不再包含其他内容的菜单条目),也可以包含带有其他菜单项的菜单,因此使用组合模式描述菜单就很恰当,我们的需求是针对一个菜单,打印出其包含的所有菜单以及菜单项的名称。
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这里的MenuComponent定义为抽象类,因为有一些共有的属性和行为要在该类中实现,Menu和MenuItem类就可以只覆盖自己感兴趣的方法,而不用搭理不需要或者不感兴趣的方法,举例来说,Menu类可以包含子菜单,因此需要覆盖add()、remove()、getChild()方法,但是MenuItem就不应该有这些方法。这里给出的默认实现是抛出异常,你也可以根据自己的需要改写默认实现。

4.2. 部门层级

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5. ⭐️🔴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,它让客户端忽略了层次的差异,方便对整个层次结构进行控制。
  • 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,简化了客户端代码。
  • 在组合模式中增加新的树枝节点和叶子节点都很方便,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,通过叶子节点和树枝节点的递归组合,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

6. 适用场景

组合模式正是应树形结构而生,所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如:文件目录显示,多级目录呈现等树形结构数据的操作。

7. JDK源码分析⭐️🔴

7.1. HashMap中的组合模式

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// Component
public interface Map<K,V> {
interface Entry<K,V> {}
}
public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {}
// Composite
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
// Leaf
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {}
}

说明

  • 1)Map 就是一个抽象的构建,类似Component
  • 2)HashMap 是一个中间的构建,类似Composite,实现 / 继承了相关方法 put、putAll
  • 3)Node 是 HashMap 的静态内部类,类似Leaf叶子节点,这里就没有 put
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    0834-🏡⭐️◼️因为Node也实现了Map接口,所以相当于HashMap聚合了抽象根节点即Map,跟典型的UML画法没有本质区别◼️⭐️-point-202301230834%%

8. 实战经验

  • 1)简化客户端操作:客户端只需要面对一致的对象,而不用考虑整体部分或者节点叶子的问题
  • 2)具有较强扩展性:当我们要更改组合对象时,我们只需要调整内部的层次关系,客户端不用做出任何改动
  • 3)方便创建复杂的层次结构:客户端不用理会组合里面的组成细节,容易添加节点或者叶子,从而创建出复杂的树形结构
  • 4)需要遍历组织机构,或者处理的对象具有树形结构时,非常适合使用组合模式
  • 5)要求较高的抽象性,如果节点和叶子有很多差异性的话,比如很多方法和属性都不一样,不适合使用组合模式

9. 参考与感谢

设计模式-2、设计模式及设计原则