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 ]