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【设计模式】【结构型模式】组合模式（Composite）

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文章目录

一、入门

什么是组合模式

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次关系。组合模式使得客户端可以统一处理单个对象和组合对象，而无需关心它们的具体类型。

组合模式的核心思想是：将对象组织成树形结构，使得对单个对象和组合对象的操作具有一致性。

为什么有要组合模式？

假设我们正在开发一个电商平台，需要管理商品的分类和展示。商品分类是一个典型的树形结构，比如：

  • 电子产品
    • 手机
      • 苹果手机
      • 安卓手机
    • 电脑
      • 笔记本电脑
      • 台式机
  • 服装
    • 男装
    • 女装

在这个系统中，每个分类（如“电子产品”）可以包含子分类（如“手机”），也可以包含具体的商品（如“苹果手机”）
不使用组合模式的实现：

// 分类类
public class Category {
    private String name;
    private List<Category> subCategories = new ArrayList<>();
    private List<Product> products = new ArrayList<>();

    public Category(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void addSubCategory(Category category) {
        subCategories.add(category);
    }

    public void addProduct(Product product) {
        products.add(product);
    }

    public void display() {
        System.out.println("分类: " + name);
        for (Category category : subCategories) {
            category.display();
        }
        for (Product product : products) {
            product.display();
        }
    }
}

// 商品类
public class Product {
    private String name;

    public Product(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void display() {
        System.out.println("商品: " + name);
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建商品
        Product iphone = new Product("iPhone 15");
        Product macbook = new Product("MacBook Pro");

        // 创建子分类
        Category phones = new Category("手机");
        phones.addProduct(iphone);

        Category computers = new Category("电脑");
        computers.addProduct(macbook);

        // 创建顶级分类
        Category electronics = new Category("电子产品");
        electronics.addSubCategory(phones);
        electronics.addSubCategory(computers);

        // 展示分类结构
        electronics.display();
    }
}

存在问题

  • 代码重复：Category和Product需要分别定义display方法。
  • 类型判断：如果需要统一处理分类和商品，客户端需要频繁判断对象类型。
  • 扩展性差：新增节点类型（如“品牌”）时，需要修改大量代码。
  • 难以维护：嵌套层次较深时，代码会变得混乱。

怎么样实现组合模式？

组合模式的组成：
抽象组件（Component）：

  • 作用：定义所有节点（叶子节点和复合节点）的通用接口或抽象类。
  • 职责：
    • 声明所有节点共有的方法（如display、add、remove等）。
    • 提供默认实现（可选）。
  • 特点：
    • 是叶子节点和复合节点的父类或接口。
    • 客户端通过抽象组件与具体节点交互。

叶子节点（Leaf）

  • 作用：表示树形结构中的叶子节点，没有子节点。
  • 职责：
    • 实现抽象组件定义的方法。
    • 通常是树形结构中的最小单元。
  • 特点：
    • 不能包含其他节点。
    • 是组合模式中的“部分”。

复合节点（Composite）

  • 作用：表示树形结构中的复合节点，可以包含子节点（叶子节点或其他复合节点）。
  • 职责：
    • 实现抽象组件定义的方法。
    • 管理子节点（如添加、删除、遍历子节点）。
  • 特点：
    • 可以包含其他节点。
    • 是组合模式中的“整体”。

【案例】电商分类 - 改
在这里插入图片描述
抽象组件（Component）:定义所有节点（分类和商品）的通用行为。

public abstract class ProductCategory {
    protected String name;

    public ProductCategory(String name) {
        this.name = name;
    }

    public abstract void display();
}

叶子节点（Leaf）：表示具体的商品，没有子节点。

public class Product extends ProductCategory {
    public Product(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("商品: " + name);
    }
}

复合节点（Composite）:表示分类，可以包含子分类或商品。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Category extends ProductCategory {
    private List<ProductCategory> children = new ArrayList<>();

    public Category(String name) {
        super(name);
    }

    public void add(ProductCategory category) {
        children.add(category);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("分类: " + name);
        for (ProductCategory child : children) {
            child.display();
        }
    }
}

客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建商品
        ProductCategory iphone = new Product("iPhone 15");
        ProductCategory macbook = new Product("MacBook Pro");

        // 创建子分类
        Category phones = new Category("手机");
        phones.add(iphone);

        Category computers = new Category("电脑");
        computers.add(macbook);

        // 创建顶级分类
        Category electronics = new Category("电子产品");
        electronics.add(phones);
        electronics.add(computers);

        // 展示分类结构
        electronics.display();
    }
}


// 结果
// 分类: 电子产品
// 分类: 手机
// 商品: iPhone 15
// 分类: 电脑
// 商品: MacBook Pro

二、总结

组合模式的优点

  1. 统一处理单个对象和组合对象
    • 核心优势：客户端无需区分处理的是叶子节点（单个对象）还是复合节点（组合对象）。
    • 案例：在文件系统中，无论是文件（叶子节点）还是文件夹（复合节点），都可以统一调用display()方法展示信息。
  2. 简化客户端代码
    • 核心优势：客户端不需要写复杂的条件判断（如if-else）来处理不同类型的节点。
    • 案例：在电商平台的商品分类系统中，客户端只需调用display()方法，无论是单品还是套餐都能自动递归处理。
  3. 扩展性强
    • 核心优势：新增节点类型时，只需继承抽象组件，符合开闭原则。
    • 案例：若要在组织架构中新增“项目组”类型，只需继承OrganizationUnit，不影响现有代码。
  4. 树形结构清晰
    • 核心优势：天然支持递归和嵌套，能直观表示“部分-整体”的层次关系。
    • 案例：UI框架（如Java Swing）通过组合模式构建组件树，方便渲染和事件传递。

组合模式的缺点

  1. 设计复杂性
    • 问题：需要抽象组件同时定义叶子节点和复合节点的行为，可能导致接口臃肿。
    • 案例：如果叶子节点（如File）需要实现复合节点的add()方法，只能抛出异常（UnsupportedOperationException），不够优雅。
  2. 类型系统的限制
    • 问题：客户端可能仍需通过instanceof检查类型，破坏透明性。
    • 案例：在文件系统中，若需要对目录（复合节点）执行特殊操作（如计算总大小），客户端可能被迫检查类型。
  3. 过度泛化
    • 问题：如果业务场景没有明确的层次结构，强行使用组合模式会导致设计过度复杂。
    • 案例：简单的商品列表不需要组合模式，直接使用集合即可。

组合模式的适用场景

  1. 树形结构的数据
    • 场景：需要表示对象的“部分-整体”层次关系。
    • 典型案例：
      • 文件系统（文件 + 文件夹）
      • UI组件树（按钮 + 面板）
      • 组织架构（员工 + 部门）
  2. 需要统一操作所有节点
    • 场景：希望对所有节点执行相同操作（如渲染、计算总价、权限校验）。
    • 典型案例：
      • 电商平台计算单品和套餐的总价格。
      • 游戏场景中渲染所有游戏对象（角色、道具、地图）。
  3. 动态组合嵌套结构
    • 场景：需要动态地添加、删除或嵌套节点。
    • 典型案例：
      • 菜单系统（支持菜单项和子菜单）。
      • 权限管理系统（角色可以包含多个权限，权限可以嵌套）。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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