設計模式系列之「組合模式」

YoungManSter發表於2018-03-08
設計模式

小Y科普： 家譜又稱族譜、宗譜等。它以記載父系家族世系、人物為中心，由正史中的帝王本紀及王侯列傳、年表等演變而來。是一種特殊的文獻，就其內容而言，是中國五千年文明史中具有平民特色的文獻，記載的是同宗共祖血緣集團世系人物和事蹟等方面情況的歷史圖籍。

Now，how to 實現 小J's 族譜。

一、小J族譜簡略版

設計模式系列之「組合模式」

從最頂層的第一代J開始，一代代往下記錄下去，這很明顯就是一個樹狀結構，現在小Y要做的就是通過最合適的方式把小J的族譜圖遍歷出來。

二、樹狀圖的拆解利器-組合模式

1.組合模式的定義

組合模式也叫合成模式，有時又叫做部分-整體模式，主要是用來描述部分與整體的關係，將物件組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構，使得使用者對單個物件和組合物件的使用具有一致性。

2.組合模式的角色介紹（組合模式有兩種實現：安全模式和透明模式）

設計模式系列之「組合模式」

  • Component抽象構件角色
    定義參加組合物件的共有方法和屬性，可以定義一些預設的行為或屬性。

  • Leaf葉子構件
    Leaf葉子構件葉子物件，其下再也沒有其他的分支，也就是遍歷的最小單位。

  • Composite樹枝構件
    樹枝物件，它的作用是組合樹枝節點和葉子節點形成一個樹形結構。組合模式的重點就在樹枝構件。

3.組合模式的使用場景

  • 只要是樹形結構或者只要是要體現區域性和整體的關係的時候，而且這種關係還可能比較深，就要考慮一下組合模式。

  • 從一個整體中能夠獨立出部分模組或功能的場景。

  • 維護和展示部分-整體關係的場景。

4.安全模式和透明模式的具體實現

(1)安全模式

①抽象構件

public abstract class Component {
	//個體和整體都具有
	public void operation(){
		//編寫業務邏輯
	}
}
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②樹枝構件

public class Composite extends Component {
	//構件容器
	private List<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
	//增加一個葉子構件或樹枝構件
	public void add(Component component){
		this.componentArrayList.add(component);
	}
	//刪除一個葉子構件或樹枝構件
	public void remove(Component component){
		this.componentArrayList.remove(component);
	}
	//獲得分支下的所有葉子構件和樹枝構件
	public List<Component> getChildren(){
		return this.componentArrayList;
	}
}
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③樹葉構件

public class Leaf extends Component {
	/*
	* 可以覆寫父類方法
	* public void operation(){
	*
	* }
	*/
}
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④Client

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//建立一個根節點
		Composite root = new Composite();
		root.operation();
		//建立一個樹枝構件
		Composite branch = new Composite();
		//建立一個葉子節點
		Leaf leaf = new Leaf();
		//建立整體
		root.add(branch);
		branch.add(leaf);
	}

	//通過遞迴遍歷樹
	public static void showTree(Composite root){
		for(Component c:root.getChildren()){
			if(c instanceof Leaf){ //葉子節點
				c.operation();
			}else{ //樹枝節點
				showTree((Composite)c);
			}
		}
	}
}
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(2)透明模式

①抽象構件

public abstract class Component {
	//個體和整體都具有
	public void operation(){
		//編寫業務邏輯
	}
	//增加一個葉子構件或樹枝構件
	public abstract void add(Component component);
	//刪除一個葉子構件或樹枝構件
	public abstract void remove(Component component);
	//獲得分支下的所有葉子構件和樹枝構件
	public abstract List<Component> getChildren();
}
複製程式碼

②樹枝構件

public class Composite extends Component {
	//構件容器
	private ArrayList<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
	//增加一個葉子構件或樹枝構件
	public void add(Component component){
		this.componentArrayList.add(component);
	}
	//刪除一個葉子構件或樹枝構件
	public void remove(Component component){
		this.componentArrayList.remove(component);
	}
	//獲得分支下的所有葉子構件和樹枝構件
	public List<Component> getChildren(){
		return this.componentArrayList;
	}
}
複製程式碼

③樹葉構件

public class Leaf extends Component {

	public void add(Component component){
		//空實現
	}

	public void remove(Component component){
		//空實現
	}

	public List<Component> getChildren(){
		//空實現
	}
}
複製程式碼

④Client

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		//建立一個根節點
		Composite root = new Composite();
		root.operation();
		//建立一個樹枝構件
		Composite branch = new Composite();
		//建立一個葉子節點
		Leaf leaf = new Leaf();
		//建立整體
		root.add(branch);
		branch.add(leaf);
	}

	//通過遞迴遍歷樹
	public static void showTree(Component root){
		for(Component c:root.getChildren()){
			if(c instanceof Leaf){ //葉子節點
				c.operation();
			}else{ //樹枝節點
				showTree(c);
			}
		}
	}
}
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4.安全模式和透明模式的區別

  • 安全模式在抽象元件中只定義一些預設的行為或屬性，它是把樹枝節點和樹葉節點徹底分開；透明模式是把用來組合使用的方法放到抽象類中，不管葉子物件還是樹枝物件都有相同的結構，通過判斷確認是葉子節點還是樹枝節點，如果處理不當，這個會在執行期出現問題，不是很建議的方式。

  • 安全模式與依賴倒置原則衝突；透明模式的好處就是它基本遵循了依賴倒轉原則，方便系統進行擴充套件。

  • 安全模式在遍歷樹形結構的的時候需要進行強制型別轉換；在透明模式下，遍歷整個樹形結構是比較容易的，不用進行強制型別轉換。

三、通過安全模式實現遍歷小J的族譜

設計模式系列之「組合模式」

①抽象構件抽象族員類

public abstract class PersonMode {
	//人名
	private String name;
	//性別
	private String sex;
	//年齡
	private int age;

	public PersonMode(String name, String sex, int age) {
		this.name = name;
		this.sex = sex;
		this.age = age;
	}

	//個人資訊
	public String getPersonInfo(){
		String info="姓名:"+name+"\t性別:"+sex+"\t年齡:"+age;
		return info;
	}
}
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②樹葉構件

public class PersonLeaf extends PersonMode {
	//寫一個建構函式
	public PersonLeaf(String name, String sex, int age) {
		super(name, sex, age);
	}
}
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③樹枝構件

public class PersonBranch extends PersonMode {
	private List<PersonMode> personModeList=new ArrayList<>();

	public PersonBranch(String name, String sex, int age) {
		super(name, sex, age);
	}

	public void addPerson(PersonMode person){
		this.personModeList.add(person);
	}

	public List<PersonMode> getPersonModeList(){
		return this.personModeList;
		}
}
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④Client

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		/**
		 * 組裝小J的族譜
	 	*/
		PersonBranch personBranch=getPersonInfo();
		showTree(personBranch);
	}

	private static PersonBranch getPersonInfo(){
		//第一代J
		PersonBranch OneJ=new PersonBranch("第一代J","男",150);
		//第一代J的三個兒子
		PersonBranch JA=new PersonBranch("JA","男",70);
		PersonBranch JB=new PersonBranch("JB","男",60);
		PersonBranch JC=new PersonBranch("JC","男",50);
		//JA的三個兒子
		PersonBranch JA1=new PersonBranch("JA1","男",40);
		PersonBranch JA2=new PersonBranch("JA2","男",30);
		PersonBranch JA3=new PersonBranch("JA3","男",45);
		//JB的兩個兒子
		PersonBranch JB1=new PersonBranch("JB1","男",40);
		PersonBranch JB2=new PersonBranch("JB2","男",30);
		//JC的兒子小J
		PersonBranch xiao_J=new PersonBranch("xiao_J","男",20);
		//JA1三個兒子
		PersonBranch JA1_1=new PersonBranch("JA1_1","男",18);
		PersonBranch JA1_2=new PersonBranch("JA1_2","男",16);
		PersonBranch JA1_3=new PersonBranch("JA1_3","男",20);
		//JA3三個兒子
		PersonBranch JA3_1=new PersonBranch("JA3_1","男",16);
		PersonBranch JA3_2=new PersonBranch("JA3_2","男",20);
		PersonBranch JA3_3=new PersonBranch("JA3_3","男",18);

		//開始組裝樹狀族譜
		//組裝第一代J下的三個兒子
		OneJ.addPerson(JA);
		OneJ.addPerson(JB);
		OneJ.addPerson(JC);
		//組裝JA的三個兒子
		JA.addPerson(JA1);
		JA.addPerson(JA2);
		JA.addPerson(JA3);
		//組裝JB的兩個兒子
		JB.addPerson(JB1);
		JB.addPerson(JB2);
		//組裝JC的兒子
		JC.addPerson(xiao_J);
		//組裝JA1的三個兒子
		JA1.addPerson(JA1_1);
		JA1.addPerson(JA1_2);
		JA1.addPerson(JA1_3);
		//組裝JA3的三個兒子
		JA3.addPerson(JA3_1);
		JA3.addPerson(JA3_2);
		JA3.addPerson(JA3_3);

		return OneJ;
	}

	//通過遞迴遍歷樹
	private static void showTree(PersonBranch root){
		System.out.println(root.getPersonInfo());
		for(PersonMode c:root.getPersonModeList()){
			if(c instanceof PersonLeaf){ //葉子節點
				System.out.println(c.getPersonInfo());
			}else{ //樹枝節點
				showTree((PersonBranch) c);
			}
		}
	}
}
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場景類負責樹狀結構的建立，並可以通過遞迴方式遍歷整個樹。

輸出的結果為：

姓名：第一代J 性別：男 年齡：150
姓名：JA 性別：男 年齡：70
姓名：JA1 性別：男 年齡：40
姓名：JA1_1 性別：男 年齡：18
姓名：JA1_2 性別：男 年齡：16
姓名：JA1_3 性別：男 年齡：20
姓名：JA2 性別：男 年齡：30
姓名：JA3 性別：男 年齡：45
姓名：JA3_1 性別：男 年齡：16
姓名：JA3_2 性別：男 年齡：20
姓名：JA3_3 性別：男 年齡：18
姓名：JB 性別：男 年齡：60
姓名：JB1 性別：男 年齡：40
姓名：JB2 性別：男 年齡：30
姓名：JC 性別：男 年齡：50
姓名：xiao_J 性別：男 年齡：20
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四、組合模式優缺點

1.優點

高層模組呼叫簡單。區域性和整體對呼叫者來說沒有任何區別，也就是說，高層模組不必關心自己處理的是單個物件還是整個組合結構，簡化了高層模組的程式碼。

節點自由增加。使用了組合模式後，我們可以看看，如果想增加一個樹枝節點、樹葉節點十分簡單，只要找到它的父節點就成，非常容易擴充套件，符合開閉原則，對以後的維護非常有利。

2.缺點

組合模式有一個非常明顯的缺點，在上面的場景類可以看到樹枝樹葉直接使用了實現類，這在面向介面程式設計上是很不恰當的，與依賴倒置原則衝突，它限制了你介面的影響範圍。

五、總結

只要是樹形結構或者只要是要體現區域性和整體的關係的時候，而且這種關係還可能比較深，，就要考慮使用組合模式。

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