JAVA：组合模式（Composite Pattern）的技术指南

1、简述

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，旨在将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

设计模式样例：https://gitee.com/lhdxhl/design-pattern-example.git

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2、什么是组合模式

组合模式的核心思想是将对象组织成树形结构，并通过一个统一的接口处理不同类型的节点（例如叶子节点和容器节点）。这种模式适用于需要以层次化方式组织数据的场景，例如文件系统、组织结构图等。

组合模式的优点：

• 层次结构清晰：通过树形结构组织对象，使整体结构更加清晰。
• 客户端统一操作：客户端无需关心对象是单个对象还是组合对象，操作方式一致。
• 扩展性强：可以方便地新增节点类型，而无需修改现有代码。
• 符合开闭原则：新增功能时，不影响已有功能。

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3、实际案例

假设我们需要实现一个公司组织架构管理系统，其中有两类对象：普通员工（叶子节点）和部门（容器节点）。通过组合模式，我们可以统一处理单个员工和整个部门。

// 抽象组件
public interface Employee {
    void showDetails();
}

// 叶子节点：普通员工
public class Developer implements Employee {
    private String name;
    private String position;

    public Developer(String name, String position) {
        this.name = name;
        this.position = position;
    }

    @Override
    public void showDetails() {
        System.out.println(name + " - " + position);
    }
}

public class Manager implements Employee {
    private String name;
    private String position;

    public Manager(String name, String position) {
        this.name = name;
        this.position = position;
    }

    @Override
    public void showDetails() {
        System.out.println(name + " - " + position);
    }
}

// 容器节点：部门
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Department implements Employee {
    private String name;
    private List<Employee> employees = new ArrayList<>();

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

    public void addEmployee(Employee employee) {
        employees.add(employee);
    }

    public void removeEmployee(Employee employee) {
        employees.remove(employee);
    }

    @Override
    public void showDetails() {
        System.out.println("Department: " + name);
        for (Employee employee : employees) {
            employee.showDetails();
        }
    }
}

// 测试代码
public class CompositePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Employee developer1 = new Developer("Alice", "Frontend Developer");
        Employee developer2 = new Developer("Bob", "Backend Developer");
        Employee manager1 = new Manager("Charlie", "Project Manager");

        Department engineering = new Department("Engineering");
        engineering.addEmployee(developer1);
        engineering.addEmployee(developer2);
        engineering.addEmployee(manager1);

        Employee hr1 = new Manager("Diana", "HR Manager");

        Department hr = new Department("Human Resources");
        hr.addEmployee(hr1);

        Department company = new Department("Company");
        company.addEmployee(engineering);
        company.addEmployee(hr);

        company.showDetails();
    }
}

输出结果

Department: Company
Department: Engineering
Alice - Frontend Developer
Bob - Backend Developer
Charlie - Project Manager
Department: Human Resources
Diana - HR Manager

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4、应用场景

• 文件系统：文件和文件夹可以用组合模式表示，文件夹可以包含文件或子文件夹。
• 组织结构图：组织中的部门和员工之间具有“部分-整体”的关系。
• GUI 组件：如窗口、按钮、文本框等可以通过组合模式构建。

实际案例：文件系统

// 抽象组件
public interface FileSystemComponent {
    void display();
}

// 叶子节点：文件
public class File implements FileSystemComponent {
    private String name;

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

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("File: " + name);
    }
}

// 容器节点：文件夹
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Folder implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private List<FileSystemComponent> components = new ArrayList<>();

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

    public void addComponent(FileSystemComponent component) {
        components.add(component);
    }

    public void removeComponent(FileSystemComponent component) {
        components.remove(component);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Folder: " + name);
        for (FileSystemComponent component : components) {
            component.display();
        }
    }
}

// 测试代码
public class FileSystemDemo {
    public static void main(String[] args) {
        FileSystemComponent file1 = new File("file1.txt");
        FileSystemComponent file2 = new File("file2.txt");

        Folder folder1 = new Folder("Folder1");
        folder1.addComponent(file1);

        Folder folder2 = new Folder("Folder2");
        folder2.addComponent(file2);
        folder2.addComponent(folder1);

        folder2.display();
    }
}

输出结果

Folder: Folder2
File: file2.txt
Folder: Folder1
File: file1.txt

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5、总结

组合模式通过统一的接口处理单个对象和组合对象，简化了复杂层次结构的处理。在开发中，当需要操作一个树形结构的对象时，组合模式是一种优秀的选择，可以显著提高代码的灵活性和可维护性。