Java设计模式之java组合模式详解

Java组合模式详解

什么是组合模式？

组合模式是一种结构型设计模式，其主要思想是将对象组合成树形结构以表示“部分整体”的层次结构。组合模式中包含两种基本的组件：

1. 叶节点（Leaf）： 叶节点代表树的最底层的节点，即无子节点的节点。
2. 复合节点（Composite）： 复合节点代表树的非叶子节点，它可能包含子节点，也可能不包含。

组合模式的优点

• 可以更方便地扩展对象结构；
• 对象与对象集合使用起来方便一致；
• 简化了实现客户端代码的复杂性。

Java组合模式的实现方式

我们可以通过抽象类和接口的方式进行组合模式的实现。以员工管理为例，假设员工管理有以下两种类型的员工：

• 普通员工（Leaf节点）
• 经理（Composite节点）

我们可以定义一个抽象类把员工类型进行统一。该类可以是抽象类或者是接口：

abstract class Employee {
    private String name;
    private Department department;

    public Employee(String name, Department department) {
        this.name = name;
        this.department = department;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public Department getDepartment() {
        return department;
    }

    // 其他操作
    // ...

    /**
     * 添加员工
     *
     * @param employee 新增员工
     */
    public void add(Employee employee) {
        throw new UnsupportedOperationException("add");
    }

    /**
     * 删除员工
     *
     * @param employee 删除的员工
     */
    public void remove(Employee employee) {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }

    /**
     * 打印员工
     *
     * @param depth 打印深度
     */
    public abstract void print(int depth);
}

在抽象类中，我们定义了员工的名称和所属部门属性，并定义了是否是叶子节点方法和添加、删除、打印操作的抽象方法。

在这个抽象类中，并没有实现添加、删除和打印的具体操作，因为普通员工没有子员工，所以这些操作不支持对普通员工的操作。而对于经理节点，因其下面有可能包含一些子员工，因此需要重写这些方法：

class Manager extends Employee {
    private List<Employee> employees = new ArrayList<>();

    public Manager(String name, Department department) {
        super(name, department);
    }

    /**
     * 添加员工
     *
     * @param employee 新增员工
     */
    @Override
    public void add(Employee employee) {
        employees.add(employee);
    }

    /**
     * 删除员工
     *
     * @param employee 删除的员工
     */
    @Override
    public void remove(Employee employee) {
        employees.remove(employee);
    }

    /**
     * 打印员工
     *
     * @param depth 打印深度
     */
    @Override
    public void print(int depth) {
        System.out.println("depth:" + depth + ", name:" + getName());
        for (Employee employee : employees) {
            employee.print(depth + 1);
        }
    }
}

在这个实现中，Manager继承了我们定义的Employee类，并且重写了add、remove和print操作。我们可以发现，其下面定义了员工列表，这个列表中可以添加其他的Employee类型实例，也就是说，Manager可以添加其他的经理和普通员工实例。

由于普通员工没有子员工，因此它可以不重写add、remove和print方法。

组合模式的使用场景

组合模式通常需要满足以下两个条件：

1. 应用程序需要表示部分和整体层次关系；
2. 应用程序需要从客户端比较同一组别的对象。

例如：

• 文件系统的目录和文件；
• 组织结构图和员工；
• 菜单、子菜单和菜单项等界面元素。

例子一：组织结构图和员工

我们假设一个公司有多个部门，每个部门中有多个员工，公司最高管理者是CEO。我们可以用组合模式来表达出这些关系。

Department marketing = new Department("Marketing");
Department rd = new Department("Research and Development");
Department finance = new Department("Finance");

Employee ceo = new Manager("William", marketing);
Employee cto = new Manager("Marshall", rd);
Employee cfo = new Manager("Peeters", finance);

ceo.add(cto);
ceo.add(cfo);

Employee staff1 = new Manager("Andy", marketing);
Employee staff2 = new Manager("Simon", marketing);
Employee staff3 = new Manager("Kate", rd);
Employee staff4 = new Manager("Bob", finance);

cto.add(staff1);
cto.add(staff2);
cfo.add(staff3);
cfo.add(staff4);

ceo.print(0);

执行上述代码可以得到如下输出：

depth:0, name:William
depth:1, name:Marshall
depth:2, name:Andy
depth:2, name:Simon
depth:1, name:Peeters
depth:2, name:Kate
depth:2, name:Bob

例子二：煎饼糖果店销售情况

我们假设有一个煎饼糖果店，这家店面积不大，但是它有煎饼、糖果和饮料等多种商品，我们对这些商品进行销售管理。

MenuItem pancake = new MenuItem("Pancake", "A delicious pancake with maple syrup", 2.99);
MenuItem candy = new MenuItem("Candy", "Candy with many flavors", 1.99);
MenuItem drink = new MenuItem("Drink", "Drinks and juices", 0.99);
MenuComponent menu = new Menu("Menu");

menu.add(pancake);
menu.add(candy);
menu.add(drink);

MenuComponent combo = new Menu("Combo");

MenuItem pancakeCombo = new MenuItem("Pancake Combo", "A delicious pancake with maple syrup and coffee or tea", 4.99);
MenuItem candyCombo = new MenuItem("Candy Combo", "Candy with many flavors and coffee or tea", 3.99);

combo.add(pancakeCombo);
combo.add(candyCombo);
combo.add(drink);

menu.add(combo);

menu.print();

执行上述代码可以得到如下输出：

Menu:
    Pancake A delicious pancake with maple syrup    $2.99
    Candy   Candy with many flavors $1.99
    Drink   Drinks and juices   $0.99
    Combo:
        Pancake Combo   A delicious pancake with maple syrup and coffee or tea  $4.99
        Candy Combo Candy with many flavors and coffee or tea   $3.99
        Drink   Drinks and juices   $0.99

总结

组合模式主要用于树形结构的处理，它将对象组织成树形结构，并且能够以同样的方式处理单个对象以及对象集合，从而让客户端用一致性的方式处理对象。组合模式是设计渐进式的设计策略，即它允许我们逐步地将简单的对象组合成更为复杂的对象结构。