初识设计模式 – 组合模式

简介

组合模式就是组合多个对象形成树形结构以表示具有“部分 - 整体”关系的层次结构。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。

组合模式的关键是定义一个抽象构件类,它既可以代表叶子,也可以代表容器。客户端针对该抽象构件进行编程,无需知道它到底表示的是叶子还是容器,可以对其进行统一处理。

具体实现

对于组合模式的抽象构件角色,其代码示例如下:

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

如果继承抽象构件类的是叶子构件,其代码示例如下:

public class Leaf extends Component {     @Override     public void add(Component c) {         // 增加成员         // 异常处理或业务提示     }      @Override     public void remove(Component c) {         // 删除成员         // 异常处理或业务提示     }      @Override     public Component getChild(int i) {         // 获取成员         // 异常处理或业务提示     }      @Override     public void operation() {         // 业务方法         // 叶子构件具体业务方法的实现     } } 

如果继承抽象构件类的是容器构件,其代码示例如下:

import java.util.ArrayList;  public class Composite extends Component {       private final ArrayList<Component> list = new ArrayList<>();          @Override       public void add(Component c) {           // 增加成员           list.add(c);       }          @Override       public void remove(Component c) {           // 删除成员           list.remove(c);       }          @Override       public Component getChild(int i) {           // 获取成员           return (Component) list.get(i);       }          @Override       public void operation() {           // 业务方法           // 叶子构件具体业务方法的实现           // 递归调用成员构件的业务方法           for (Component obj : list) {               obj.operation();           }       }   } 

分类

在使用组合模式时,根据抽象构件类的定义形式,可以将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种。

透明组合模式

在透明组合模式中,抽象构件类声明了所有用于管理成员的方法,如 add()remove()getChild() 等所有方法。

透明组合模式也是组合模式的标准形式,这样做的好处是确保所有的构件类都使用相同的接口。

其缺点就是不够安全,因为叶子对象和容器对象有本质上的区别,对叶子对象提供 add()remove()getChild() 等方法是没有意义的,如果没有提供相应的错误处理代码,在运行阶段有可能会出错。

安全组合模式

在安全组合模式中,抽象构件类没有声明任何管理成员的方法,只声明抽象的业务方法。

这样的做法是安全的,因为根本不向叶子对象提供这些管理成员对象的方法,对于叶子对象,客户端不可能调用到这些方法。

相对的,其缺点就是不够透明,因为叶子构件和容器构件具有不同的方法,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。

总结

优点

组合模式的主要优点如下:

  • 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案
  • 在组合模式中增加新的叶子构件和容器构件都很方便,符合开闭原则
  • 客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象,简化了客户端代码

缺点

组合模式的主要缺点如下:

  • 设计较复杂,客户端需要花费更多时间理清类之间的层次关系
  • 在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制,通常通过运行时进行类型检查来实现

适用场景

组合模式的适用场景如下:

  • 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和部分的差异
  • 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

源码

在 JDK 中,HashMap 也是用到了组合模式,如下是部分代码:

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>     implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {      public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {         putMapEntries(m, true);     }      final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {         int s = m.size();         if (s > 0) {             if (table == null) { // pre-size                 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;                 int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?                          (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);                 if (t > threshold)                     threshold = tableSizeFor(t);             } else {                 // Because of linked-list bucket constraints, we cannot                 // expand all at once, but can reduce total resize                 // effort by repeated doubling now vs later                 while (s > threshold && table.length < MAXIMUM_CAPACITY)                     resize();             }              for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {                 K key = e.getKey();                 V value = e.getValue();                 putVal(hash(key), key, value, false, evict);             }         }     } } 

putAll()putMapEntries() 都接受一个 Map 结构参数,这个 Map 就是一个抽象构件,HashMap 同样是实现了 Map 结构,轻易实现一个树形的调用结构。

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