9-组合模式

组合模式

分析

1. 在树形目录结构中，包含文件和文件夹两类不同的元素

   • 在文件夹中可以包含文件，还可以继续包含子文件夹
   • 在文件中不能再包含子文件或者子文件夹

2. 文件夹$\longleftrightarrow$容器(Container)

3. 文件$\longleftrightarrow$叶子(Leaf)

4. 使用了递归调用的机制来对整个树型结构进行处理

5. 在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象，而实际上大多数情况下客户端希望一致地处理它们（区别对待会增加代码复杂性）

树型结构：文件系统、组件、菜单等。

容器与叶子

容器：一个（盘子）

叶子：三个（三种水果）

组合模式的定义

对象结构型模式（有关联关系）

• 又称为==“部分-整体”(Part-Whole)模式==
• 将对象组织到树形结构中，可以用来描述整体与部分的关系

组合模式结构

三个关键：

1. 抽象层：客户端面向抽象层编程，客户端可以一致地对待叶子和容器

2. 容器与构件（Component）具有关联关系：保证了一个容器中的内容既可以是叶子也可以是容器，从而建立了多层嵌套结构。（即要与父类建立关联关系）

   • 如果关联关系建立在容器（Composite）与叶子（Leaf）之间的话就会导致容器中只能有叶子而不能再由子容器。

3. 叶子（Leaf）拥有不必要的操作方法，破坏封装性

• 叶子包含业务方法

• 容器包含业务方法外还包含访问和管理成员的方法

标准的组合模式破坏了封装性：

叶子Leaf类因为继承了Component从而不得不拥有add、remove、getChild等操作方法；但是叶子Leaf类只需要知道业务方法operation即可。

组合模式包含以下3个角色：

• Component（抽象构件）

• Leaf（叶子构件）

• Composite（容器构件）

抽象构件角色典型代码

public abstract class Component {
    public abstract void add(Component c); //增加成员
    public abstract void remove(Component c); //删除成员
    public abstract Component getChild(int i); //获取成员
    public abstract void operation();  //业务方法
}

叶子构件角色典型代码

public class Leaf extends Component {
    public void add(Component c) { 
        //异常处理或错误提示
    }	
		
    public void remove(Component c) { 
        //异常处理或错误提示
    }
	
    public Component getChild(int i) { 
        //异常处理或错误提示
        return null; 
    }
	
    public void operation() {
        //叶子构件具体业务方法的实现
    } 
}

容器构件角色典型代码

public class Composite extends Component {
    private ArrayList<Component> list = new ArrayList<Component>();
	
    public void add(Component c) {
        list.add(c);
    }
	
    public void remove(Component c) {
        list.remove(c);
    }
	
    public Component getChild(int i) {
        return (Component)list.get(i);
    }
	
    public void operation() {
        //容器构件具体业务方法的实现，将递归调用成员构件的业务方法
        //如果obj是一个Composite，那么调用的operation方法将会是往下递归
        //当obj是一个Leaf时，那么调用的operation方法将会是一个具体的业务实现方法
        for(Object obj:list) {
            ((Component)obj).operation();
        }
    } 	
}

实例类图：

(1) AbstractFile：抽象文件类，充当抽象构件类

(2) ImageFile：图像文件类，充当叶子构件类

(3) TextFile：文本文件类，充当叶子构件类

(4) VideoFile：视频文件类，充当叶子构件类

(5) Folder：文件夹类，充当容器构件类

(6) Client：客户端测试类

结果及分析

如果需要更换操作节点，例如只对文件夹“文本文件”进行杀毒，客户端代码只需修改一行即可，例如将代码：

folder1.killVirus();

改为：

folder3.killVirus();

在具体实现时，可以创建图形化界面让用户来选择所需操作的根节点，无须修改源代码，符合开闭原则

从拓展叶子上，组合模式符合开闭原则。

Java AWT中的组件树

透明组合模式

1. 抽象构件Component中声明了所有用于管理成员对象的方法，包括add()、remove()，以及getChild()等方法

2. 在客户端看来，叶子对象与容器对象所提供的方法是一致的，客户端可以一致地对待所有的对象

3. 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

安全组合模式

1. 抽象构件Component中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在Composite类中声明并实现这些方法

2. 对于叶子对象，客户端不可能调用到这些操作对象的方法

3. 缺点是不够透明，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

定义容器的时候只能用子类Composite来声明，客户端不能完全面向抽象编程。

模式优点

1. 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，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

2. 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

3. 增加新的容器构件和叶子构件都很方便，符合开闭原则

4. 为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案

模式缺点

1. 在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制

模式适用环境

1. 在具有整体和部分的层次结构中，希望通过一种方式忽略整体与部分的差异，客户端可以一致地对待它们

2. 在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构

3. 在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象，而且它们的类型不固定，需要增加一些新的类型

思考题

在组合模式的结构图中，如果聚合关联关系不是从Composite到Component的，而是从Composite到Leaf，如下图所示，会产生怎样的结果？

容器（Composite）中就只能包含叶子（Leaf），最多只能形成两层结构，不能形成多层结构。