图解Java设计模式之组合模式

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看一个学校院系展示需求

编写程序展示一个学校院系结构 ：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系。如图 ：

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传统方案解决学院院系展示（类图）

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传统方案解决学校院系展示存在的问题分析

1）将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的
2）实际上我们的要求是 ：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系，因此这种方案，不能很好实现管理操作，比如学院、系的添加，删除，遍历等
3）解决方案 ：把学校、院、系是都看做是组织结构，他们之间没有继承的关系，而是一个树形结构，可以更好的实现管理操作。

组合模式基本介绍

1）组合模式（Composite Pattern），又叫部分整体模式，它创建了对象组的树形结构，将对象组合成树状结构以表示“整体-部分”的层次关系
2）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
3）这种类型的设计模式属于结构型模式
4）组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性，即 ：组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象。

组合模式的原理类图

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1）Component ：这是组合中对象声明接口，在适当情况下，实现所有类共有的接口默认行为，用于访问和管理Component子部件，Component可以是抽象类或者接口
2）Leaf ：在组合中表示叶子节点，叶子节点没有子节点
3）Composite ：非叶子节点，用于存储子部件，在Component接口中实现子部件的相关操作，比如增加（add），删除。

组合模式解决学校院系展示的应用实例

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package com.example.demo.composite;

public abstract class OrganizationComponent {

    /**
     * 名字
     */
    private String name;
    /**
     * 说明
     */
    private String des;
    
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // 默认实现
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // 默认实现
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public OrganizationComponent(String name, String des) {
        super();
        this.name = name;
        this.des = des;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getDes() {
        return des;
    }

    public void setDes(String des) {
        this.des = des;
    }
    
    /**
     * 方法print，做成抽象的，子类都需要实现
     */
    protected abstract void print();
}
package com.example.demo.composite;

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

/**
 * University 就是 Composite，可以管理College
 * @author zhaozhaohai
 *
 */
public class University extends OrganizationComponent{
    
    /**
     * 构造器
     * @param name
     * @param des
     */
    public University(String name, String des) {
        super(name, des);
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    private List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    
    @Override
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // TODO Auto-generated method stub
        organizationComponents.add(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // TODO Auto-generated method stub
        organizationComponents.remove(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getName();
    }
    
    @Override
    public String getDes() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getDes();
    }
    
    @Override
    protected void print() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("-----------" + getName() + "-------------");
        // 遍历 organizationComponents
        for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
            organizationComponent.print();
        }
    }

}
package com.example.demo.composite;

public class Department extends OrganizationComponent{

    public Department(String name, String des) {
        super(name, des);
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    // add,remove就不用写了，因为他是叶子节点
    
    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getName();
    }
    
    @Override
    public String getDes() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getDes();
    }
    
    @Override
    protected void print() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(getName());
    }
    
}
package com.example.demo.composite;

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

public class College extends OrganizationComponent{

    /**
     * 构造器
     * @param name
     * @param des
     */
    public College(String name, String des) {
        super(name, des);
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    private List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    
    @Override
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // TODO Auto-generated method stub
        organizationComponents.add(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // TODO Auto-generated method stub
        organizationComponents.remove(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getName();
    }
    
    @Override
    public String getDes() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.getDes();
    }
    
    @Override
    protected void print() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("-----------" + getName() + "-------------");
        // 遍历 organizationComponents
        for (OrganizationComponent organizationComponent : organizationComponents) {
            organizationComponent.print();
        }
    }
    
}
package com.example.demo.composite;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        //从大到小创建对象 学校
        OrganizationComponent university = new University("清华大学", " 中国顶级大学 ");
        //创建 学院
        OrganizationComponent computerCollege = new College("计算机学院", " 计算机学院 "); 
        OrganizationComponent infoEngineercollege = new College("信息工程学院", " 信息工程学院 ");
        //创建各个学院下面的系(专业)
        computerCollege.add(new Department("软件工程", " 软件工程不错 "));
        computerCollege.add(new Department("网络工程", " 网络工程不错 "));
        computerCollege.add(new Department("计算机科学与技术", " 计算机科学与技术是老牌的专业 "));
        
        infoEngineercollege.add(new Department("通信工程", " 通信工程不好学 ")); 
        infoEngineercollege.add(new Department("信息工程", " 信息工程好学 "));
        //将学院加入到 学校 
        university.add(computerCollege); 
        university.add(infoEngineercollege);
        
        university.print();
        infoEngineercollege.print();
    }
}

组合模式在JDK集合的源码分析

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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（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，putAll
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>

组合模式的注意事项和细节

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）具有较强的扩展性。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）方便创建出复杂的层次结构，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）需要遍历组织结构，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。