设计模式-组合模式

继承是is-a的关系。组合和聚合有点像,有些书上没有作区分,都称之为has-a,有些书上对其进行了较为严格区分,组合是contains-a关系,聚合是has-a关系

组合方式中被组合的对象生命周期不能超过整体,一般写代码时是直接在整体类的构造方法中创建被组合类的对象。如人和手之间的关系,人都没了,还何来手?

聚合方式中对于对象的生命周期则没有此类限制,一般可以在聚合类的构造函数中通过外部传参以赋值给整体(或通过其他set等函数形式),如人有一台电脑的关系。

总体说来,组合关系相对聚合而言整体和部分关系感更强一些。

回到正题,组合模式中当然在组合对象中含有被组合对象的引用,只是不同的是,组合模式在概念上更加严格,通常是指引用的被组合对象类型就是组合对象的类型。如此一来,使得组合对象和被组合对象处理起来具有一致性。当然,前提是组合被对象和被组合对象在本身的概念层次上具有此一致性。

最为经典的体现组合模式的例子是具有树形结构特点的类定义。对于树形结构中的每个结点,由于父结点的孩子节点有可能是有自己的孩子结点,因此,利用组合模式,将所有结点统一设计成同一种类型即可。

1.定义树中结点类, 每个结点都有结点名称,父节点和孩子结点:

class TreeNode {    private String name;    private TreeNode parent;    private Vectorchildren = new Vector();    public TreeNode() {    }    public TreeNode(String name) {        this.name = name;    }    public String getName() {        return name;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public TreeNode getParent() {        return parent;    }    public void setParent(TreeNode parent) {        this.parent = parent;    }    public VectorgetChildren() {        return children;    }    public void setChildren(Vectorchildren) {        this.children = children;    }    // 添加孩子结点    public void addChild(TreeNode child) {        children.add(child);    }    // 删除子结点    public void removeChild(TreeNode child) {        children.remove(child);    }    // 获取子结点    public EnumerationgetChileren() {

return children.elements();

}}

public class Tree {

private TreeNode root;

public Tree() {}

public Tree(String treeName) {root = new TreeNode(treeName);}

public static void main(String[] args) {

Tree tree = new Tree("A");

TreeNode nodeB = new TreeNode("B");TreeNode nodeC = new TreeNode("C");

nodeB.addChild(nodeC);tree.root.addChild(nodeB);

System.out.println("build the tree finished!");}}


在数据结构中我们了解到可以通过调用某个方法来遍历整个树,当我们找到某个叶子节点后,就可以对叶子节点进行相关的操作。我们可以将这颗树理解成一个大的容器,容器里面包含很多的成员对象,这些成员对象即可是容器对象也可以是叶子对象。但是由于容器对象和叶子对象在功能上面的区别,使得我们在使用的过程中必须要区分容器对象和叶子对象,但是这样就会给客户带来不必要的麻烦,作为客户而已,它始终希望能够一致的对待容器对象和叶子对象。这就是组合模式的设计动机:组合模式定义了如何将容器对象和叶子对象进行递归组合,使得客户在使用的过程中无须进行区分,可以对他们进行一致的处理。

一、 模式定义

组合模式组合多个对象形成树形结构以表示“整体-部分”的结构层次。

组合模式单个对象(叶子对象)和组合对象(组合对象)具有一致性,它将对象组织到树结构中,可以用来描述整体与部分的关系。同时它也模糊了简单元素(叶子对象)和复杂元素(容器对象)的概念,使得客户能够像处理简单元素一样来处理复杂元素,从而使客户程序能够与复杂元素的内部结构解耦。

上面的图展示了计算机的文件系统,文件系统由文件和目录组成,目录下面也可以包含文件或者目录,计算机的文件系统是用递归结构来进行组织的,对于这样的数据结构是非常适用使用组合模式的。

在使用组合模式中需要注意一点也是组合模式最关键的地方:叶子对象和组合对象实现相同的接口。这就是组合模式能够将叶子节点和对象节点进行一致处理的原因。

二、 模式结构

组合模式主要包含如下几个角色:

1.Component :组合中的对象声明接口,在适当的情况下,实现所有类共有接口的默认行为。声明一个接口用于访问和管理Component子部件。

2.Leaf:叶子对象。叶子结点没有子结点。

3.Composite:容器对象,定义有枝节点行为,用来存储子部件,在Component接口中实现与子部件有关操作,如增加(add)和删除(remove)等。

从模式结构中我们看出了叶子节点和容器对象都实现Component接口,这也是能够将叶子对象和容器对象一致对待的关键所在。

三、 模式实现

在文件系统中,可能存在很多种格式的文件,如果图片,文本文件、视频文件等等,这些不同的格式文件的浏览方式都不同,同时对文件夹的浏览就是对文件夹中文件的浏览,但是对于客户而言都是浏览文件,两者之间不存在什么差别,现在只用组合模式来模拟浏览文件。UML结构图:

首先是文件类:File.java

public abstract class File {String name;

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

public String getName() {return name;}

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

public abstract void display();}

然后是文件夹类:Folder.java,该类包含对文件的增加、删除和浏览三个方法

public class Folder extends File{

private List files;

public Folder(String name){super(name);files = new ArrayList();}

public void display() {for(File file : files){file.display();}}

public void add(File file){files.add(file);}

public void remove(File file){files.remove(file);}}

然后是三个文件类:TextFile.java、ImageFile.java、VideoFile.java

TextFile.java

public class TextFile extends File{public TextFile(String name) {super(name);}

public void display() {System.out.println("这是文本文件,文件名:" + super.getName());}}

ImageFile.java

public class ImagerFile extends File{public ImagerFile(String name) {super(name);}

public void display() {System.out.println("这是图像文件,文件名:" + super.getName());}}

VideoFile.java

public class VideoFile extends File{public VideoFile(String name) {super(name);}

public void display() {System.out.println("这是影像文件,文件名:" + super.getName());}}

最后是客户端

public class Client {

public static void main(String[] args) {//总文件夹

Folder zwjj = new Folder("总文件夹");

//向总文件夹中放入三个文件:1.txt、2.jpg、1文件夹

TextFile aText= new TextFile("a.txt");

ImagerFile bImager = new ImagerFile("b.jpg");

Folder cFolder = new Folder("C文件夹");

zwjj.add(aText);zwjj.add(bImager);zwjj.add(cFolder);

//向C文件夹中添加文件:c_1.txt、c_1.rmvb、c_1.jpg

TextFile cText = new TextFile("c_1.txt");

ImagerFile cImage = new ImagerFile("c_1.jpg");

VideoFile cVideo = new VideoFile("c_1.rmvb");

cFolder.add(cText);cFolder.add(cImage);cFolder.add(cVideo);//遍历C文件夹

cFolder.display();//将c_1.txt删除

cFolder.remove(cText);System.out.println("-----------------------");cFolder.display();}}

运行结果

四、 模式优缺点

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,使得增加新构件也更容易。

2、客户端调用简单,客户端可以一致的使用组合结构或其中单个对象。

3、定义了包含叶子对象和容器对象的类层次结构,叶子对象可以被组合成更复杂的容器对象,而这个容器对象又可以被组合,这样不断递归下去,可以形成复杂的树形结构。

4、更容易在组合体内加入对象构件,客户端不必因为加入了新的对象构件而更改原有代码。

缺点

1、使设计变得更加抽象,对象的业务规则如果很复杂,则实现组合模式具有很大挑战性,而且不是所有的方法都与叶子对象子类都有关联

五、 模式适用场景

1、需要表示一个对象整体或部分层次,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,可以一致地对待它们。

2、让客户能够忽略不同对象层次的变化,客户端可以针对抽象构件编程,无须关心对象层次结构的细节。

六、 模式总结

1、组合模式用于将多个对象组合成树形结构以表示“整体-部分”的结构层次。组合模式对单个对象(叶子对象)和组合对象(容器对象)的使用具有一致性。

2、 组合对象的关键在于它定义了一个抽象构建类,它既可表示叶子对象,也可表示容器对象,客户仅仅需要针对这个抽象构建进行编程,无须知道他是叶子对象还是容器对象,都是一致对待。

3、组合模式虽然能够非常好地处理层次结构,也使得客户端程序变得简单,但是它也使得设计变得更加抽象,而且也很难对容器中的构件类型进行限制,这会导致在增加新的构件时会产生一些问题。

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