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一、组合模式的引出
我们知道古代的皇帝想要管理国家，是不可能直接管理到具体每一个老百姓的，因此设置了很多机构，比如说三省六部，这些机构下面又有很多小的组织。他们共同管理着这个国家。再比如说，一个大公司，下面有很多小的部门，每一个部门下面又有很多个部门。说到底这就是组合模式。
二、组合模式的定义
组合模式（Composite Pattern）也称为整体-部分（Part-Whole）模式，它的宗旨是通过将单个对象（叶子节点）和组合对象（树枝节点）用相同的接口进行表示，使得客户对单个对象和组合对象的使用具有一致性，属于结构型模式。
三、组合关系与聚合关系的区别
组合关系：在古代皇帝三宫六院，贵妃很多，但是每一个贵妃只属于皇帝（具有相同的生命周期）。
聚合关系：一个老师有很多学生，但是每一个学生又属于多个老师（具有不同的生命周期）。
四、组合模式涉及的角色
- 抽象根节点（Component）：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。
- 树枝节点（Composite）：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。
- 叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。
组合模式在代码具体实现上，有两种不同的方式，分别是透明组合模式和安全组合模式。
五、组合模式的应用场景
- 希望客户端可以忽略组合对象与单个对象的差异时。
- 对象层次具备整体和部分，呈树形结构。
在我们生活中的组合模式也非常常见，比如树形菜单，操作系统目录结构，公司组织架构等。
1. 透明组合模式的写法
比如我们有Java入门课程、人工智能课程、Java设计模式、源码分析、软技能等，而Java设计模式、源码分析、软技能又属于Java架构师系列课程包，每个课程的定价都不一样。但是，这些课程不论怎么组合，都有一些共性，而且是整体和部分的关系，可以用组合模式来设计。
先创建一个顶层的抽象组件CourseComponent类：
public abstract class CourseComponent {
public void addChild(CourseComponent catalogComponent) {
throw new UnsupportedOperationException("不支持添加操作");
}
public void removeChild(CourseComponent catalogComponent) {
throw new UnsupportedOperationException("不支持删除操作");
}
public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
throw new UnsupportedOperationException("不支持获取名称操作");
}
public double getPrice(CourseComponent catalogComponent) {
throw new UnsupportedOperationException("不支持获取价格操作");
}
public void print() {
throw new UnsupportedOperationException("不支持打印操作");
}
}
复制代码把所有可能用到的方法都定义到这个最顶层的抽象类中，但是不写任何逻辑处理的代码，而是直接抛异常，这里，有些小伙伴会有疑惑，为什么不用抽象方法？因为用了抽象方法，其子类就必须实现，这样便体现不出各子类的细微差异。因此，子类继承此抽象类后，只需要重写有差异的方法覆盖父类的方法即可。
下面我们分别创建课程类Course和课程包CoursePackage类，先创建Course类：
public class Course extends CourseComponent {
private String name;
private double price;
public Course(String name, double price) {
this.name = name;
this.price = price;
}
@Override
public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
return this.name;
}
@Override
public double getPrice(CourseComponent catalogComponent) {
return this.price;
}
@Override
public void print() {
System.out.println(name + "（￥" + price + "元）");
}
}
复制代码再创建CoursePackage类：
public class CoursePackage extends CourseComponent {
private List<CourseComponent> items = new ArrayList<>();
private String name;
private Integer level;
public CoursePackage(String name, Integer level) {
this.name = name;
this.level = level;
}
@Override
public void addChild(CourseComponent catalogComponent) {
items.add(catalogComponent);
}
@Override
public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
return this.name;
}
@Override
public void removeChild(CourseComponent catalogComponent) {
items.remove(catalogComponent);
}
@Override
public void print() {
System.out.println(this.name);
for (CourseComponent catalogComponent : items) {
//控制显示格式
if (this.level != null) {
for (int i = 0; i < this.level; i++) {
//打印空格控制格式
System.out.print(" ");
}
for (int i = 0; i < this.level; i++) {
//每一行开始打印一个+号
if (i == 0) {
System.out.print("+");
}
System.out.print("-");
}
}
//打印标题
catalogComponent.print();
}
}
}
复制代码来看测试代码：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("==============透明组合模式==============");
CourseComponent javaBean = new Course("Java入门课程", 666);
CourseComponent ai = new Course("人工智能", 888);
CourseComponent coursePackage = new CoursePackage("Java架构师课程", 2);
CourseComponent design = new Course("Java设计模式", 1500);
CourseComponent source = new Course("源码分析", 2000);
CourseComponent softKill = new Course("软技能", 3000);
coursePackage.addChild(design);
coursePackage.addChild(source);
coursePackage.addChild(softKill);
CourseComponent catalog = new CoursePackage("课程主目录", 1);
catalog.addChild(javaBean);
catalog.addChild(ai);
catalog.addChild(coursePackage);
catalog.print();
}
}
复制代码运行结果如下：
透明组合模式把所有公共方法都定义在Component中，这样做的好处是客户端无需分辨是叶子节点（Leaf）和树枝节点（Composite），它们具备完全一致的接口，缺点是叶子节点（Leaf）会继承得到一些它所不需要（管理子类操作的方法）的方法，这与设计模式接口隔离原则相违背。
2. 安全组合模式的写法
安全组合模式是只规定系统各个层次的最基础的一致行为，而把组合（树节点）本身的方法（管理子类对象的添加、删除等）放到自身当中。
举一个程序员更熟悉的例子，对于程序员来说，电脑是每天都要接触的。电脑的文件系统其实就是一个典型的树形结构，目录包含文件夹和文件，文件夹里面又包含文件夹和文件，文件夹里面有可以包含文件夹和文件，下面我们就用代码来实现一个目录系统。
先创建最顶层的抽象组件Directory类：
public abstract class Directory {
protected String name;
public Directory(String name) {
this.name = name;
}
public abstract void show();
}
复制代码然后分别创建File类和Folder类，先看File类：
public class File extends Directory {
public File(String name) {
super(name);
}
@Override
public void show() {
System.out.println(this.name);
}
}
复制代码然后创建Folder类：
public class Folder extends Directory {
private List<Directory> dirs;
private Integer level;
public Folder(String name, Integer level) {
super(name);
this.level = level;
this.dirs = new ArrayList<>();
}
@Override
public void show() {
System.out.println(this.name);
for (Directory directory : dirs) {
//控制显示格式
if (this.level != null) {
for (int i = 0; i < this.level; i++) {
//打印空格控制格式
System.out.print(" ");
}
for (int i = 0; i < this.level; i++) {
//每一行开始打印一个+号
if (i == 0) {
System.out.print("+");
}
System.out.print("-");
}
}
//打印名称
directory.show();
}
}
public boolean add(Directory dir) {
return this.dirs.add(dir);
}
public boolean remove(Directory dir) {
return this.dirs.remove(dir);
}
public Directory get(int index) {
return this.dirs.get(index);
}
public void list() {
for (Directory dir : dirs) {
System.out.println(dir.name);
}
}
}
复制代码注意Folder类不仅覆盖了顶层的show()方法，而且还增加了list()方法，看测试代码：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("=============安全组合模式================");
File qq = new File("QQ.exe");
File wx = new File("微信.exe");
Folder office = new Folder("办公软件", 2);
File word = new File("word.exe");
File ppt = new File("powerpoint.exe");
File excel = new File("excel.ext");
office.add(word);
office.add(ppt);
office.add(excel);
Folder wps = new Folder("金山软件", 3);
wps.add(new File("wps.exe"));
office.add(wps);
Folder root = new Folder("根目录", 1);
root.add(qq);
root.add(wx);
root.add(office);
System.out.println("================show()方法效果======================");
root.show();
System.out.println("================list()方法效果======================");
root.list();
}
}
复制代码运行结果如下：
安全组合模式的好处是接口定义职责清晰，符合设计模式单一职责原则和接口隔离原则，缺点是客户需要区分树枝节点（Composite）和叶子节点（Leaf），这样才能正确处理各个层次的操作，客户端无法依赖抽象（Component），违背了设计模式依赖倒置原则。
六、组合模式在源码中的应用
在这里我们举一个开源框架中非常典型的案例，MyBatis解析各种Mapping文件中的SQL，设计了一个非常关键的类叫做SqlNode，xml中的每个Node都会解析为一个SqlNode对象，最后把所有的SqlNode拼装到一起就成了一条完整的SQL语句，它的顶层设计非常简单，来看源码：
public interface SqlNode {
boolean apply(DynamicContext context);
}
复制代码apply()方法会根据传入的参数context，参数解析该SqlNode所记录的SQL片段，并调用DynamicContext.appendSql()方法将解析后的SQL片段追加到DynamicContext的sqlBuilder中保存。当SQL节点下的所有SqlNode完成解析后，可以通过DynamicContext.getSql()方法获取一条完成的SQL语句。
对具体源码实现感兴趣的小伙伴可以去研究一下，我这里给大家展示一下类图：
七、组合模式的优缺点
优点：
- 清楚的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。
- 简化了客户端代码。
- 符合开闭原则。
缺点：
- 限制类型时会较为复杂。
- 使设计变得更加抽象。
八、友情链接
欢迎大家关注微信公众号（MarkZoe）互相学习、互相交流。
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