引言

樹形結(jié)構(gòu)不論在生活中或者是開發(fā)中都是一種非常常見的結(jié)構(gòu)，一個(gè)容器對(duì)象（如文件夾）下可以存放多種不同的葉子對(duì)象或者容器對(duì)象，容器對(duì)象與葉子對(duì)象之間屬性差別可能非常大。

由于容器對(duì)象和葉子對(duì)象在功能上的區(qū)別，在使用這些對(duì)象的代碼中必須有區(qū)別地對(duì)待容器對(duì)象和葉子對(duì)象，而實(shí)際上大多數(shù)情況下我們希望一致地處理它們，因?yàn)閷?duì)于這些對(duì)象的區(qū)別對(duì)待將會(huì)使得程序非常復(fù)雜。

組合模式為解決此類問題而誕生，它可以讓葉子對(duì)象和容器對(duì)象的使用具有一致性。

組合模式介紹

組合多個(gè)對(duì)象形成樹形結(jié)構(gòu)以表示具有 “整體—部分” 關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)。組合模式對(duì)單個(gè)對(duì)象（即葉子對(duì)象）和組合對(duì)象（即容器對(duì)象）的使用具有一致性，組合模式又可以稱為 “整體—部分”(Part-Whole) 模式，它是一種對(duì)象結(jié)構(gòu)型模式。

由于在軟件開發(fā)中存在大量的樹形結(jié)構(gòu)，因此組合模式是一種使用頻率較高的結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式，

在XML解析、組織結(jié)構(gòu)樹處理、文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，組合模式都得到了廣泛應(yīng)用。

角色

• Component（抽象構(gòu)件）：它可以是接口或抽象類，為葉子構(gòu)件和容器構(gòu)件對(duì)象聲明接口，在該角色中可以包含所有子類共有行為的聲明和實(shí)現(xiàn)。在抽象構(gòu)件中定義了訪問及管理它的子構(gòu)件的方法，如增加子構(gòu)件、刪除子構(gòu)件、獲取子構(gòu)件等。
• Leaf（葉子構(gòu)件）：它在組合結(jié)構(gòu)中表示葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)象，葉子節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)了在抽象構(gòu)件中定義的行為。對(duì)于那些訪問及管理子構(gòu)件的方法，可以通過異常等方式進(jìn)行處理。
• Composite（容器構(gòu)件）：它在組合結(jié)構(gòu)中表示容器節(jié)點(diǎn)對(duì)象，容器節(jié)點(diǎn)包含子節(jié)點(diǎn)，其子節(jié)點(diǎn)可以是葉子節(jié)點(diǎn)，也可以是容器節(jié)點(diǎn)，它提供一個(gè)集合用于存儲(chǔ)子節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在抽象構(gòu)件中定義的行為，包括那些訪問及管理子構(gòu)件的方法，在其業(yè)務(wù)方法中可以遞歸調(diào)用其子節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)方法。

組合模式的關(guān)鍵是定義了一個(gè)抽象構(gòu)件類，它既可以代表葉子，又可以代表容器，而客戶端針對(duì)該抽象構(gòu)件類進(jìn)行編程，無須知道它到底表示的是葉子還是容器，可以對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一處理。同時(shí)容器對(duì)象與抽象構(gòu)件類之間還建立一個(gè)聚合關(guān)聯(lián)關(guān)系，在容器對(duì)象中既可以包含葉子，也可以包含容器，以此實(shí)現(xiàn)遞歸組合，形成一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。

模式結(jié)構(gòu)

示例代碼

典型的抽象構(gòu)件角色代碼：

 public abstract class Component
 {
     public abstract void add(Component c);
     public abstract void remove(Component c);
     public abstract Component getChild(int i);
     public abstract void operation(); 
 } 

典型的容器構(gòu)件角色代碼：

 public class Leaf extends Component
 {
     public void add(Component c)
     { //異常處理或錯(cuò)誤提示 }    
     public void remove(Component c)
     { //異常處理或錯(cuò)誤提示 }
     public Component getChild(int i)
     { //異常處理或錯(cuò)誤提示 }
     public void operation()
     {
         //實(shí)現(xiàn)代碼
     } 
 } 

水果盤

在水果盤(Plate)中有一些水果，如蘋果(Apple)、香蕉(Banana)、梨子(Pear)，當(dāng)然大水果盤中還可以有小水果盤，現(xiàn)需要對(duì)盤中的水果進(jìn)行遍歷（吃），當(dāng)然如果對(duì)一個(gè)水果盤執(zhí)行“吃”方法，實(shí)際上就是吃其中的水果。使用組合模式模擬該場景 。

 //抽象構(gòu)建
 public abstract class MyElement
 {
     public abstract void eat();
 }
 //容器構(gòu)建
 import java.util.*;
 public class Plate extends MyElement
 {
     private ArrayList list=new ArrayList();
     public void add(MyElement element)
     {
      list.add(element);    
     }
     public void delete(MyElement element)
     {
         list.remove(element);
     }
     public void eat()
     {
         for(Object object:list)
         {
             ((MyElement)object).eat();    //遞歸
         }
     }
 }
 //葉子構(gòu)建
 public class Apple extends MyElement
 {
     public void eat()
     {
         System.out.println("吃蘋果！");
     }
 }
 //葉子構(gòu)建
 public class Banana extends MyElement
 {
     public void eat()
     {
         System.out.println("吃香蕉！");
     }
 }
 //葉子構(gòu)建
 public class Pear extends MyElement
 {
     public void eat()
     {
        System.out.println("吃梨子！");
     }
 }
 //客戶端
 public class Client
 {
     public static void main(String a[])
     {
         MyElement obj1,obj2,obj3,obj4,obj5;
         Plate plate1,plate2,plate3;
         obj1=new Apple();
         obj2=new Pear();
         plate1=new Plate();
         plate1.add(obj1);
         plate1.add(obj2);
         obj3=new Banana();
         obj4=new Banana();
         plate2=new Plate();
         plate2.add(obj3);
         plate2.add(obj4);
         obj5=new Apple();
         plate3=new Plate();
         plate3.add(plate1);
        plate3.add(plate2);
         plate3.add(obj5);
         plate3.eat();
     }
 }

文件瀏覽

我們來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的目錄樹，有文件夾和文件兩種類型，首先需要一個(gè)抽象構(gòu)件類，聲明了文件夾類和文件類需要的方法

public abstract class Component {
    public String getName() {
        throw new UnsupportedOperationException("不支持獲取名稱操作");
    }
    public void add(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("不支持添加操作");
    }
    public void remove(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException("不支持刪除操作");
    }
    public void print() {
        throw new UnsupportedOperationException("不支持打印操作");
    }
    public String getContent() {
        throw new UnsupportedOperationException("不支持獲取內(nèi)容操作");
    }
}

實(shí)現(xiàn)一個(gè)文件夾類 Folder，繼承 Component，定義一個(gè) List<Component> 類型的componentList屬性，用來存儲(chǔ)該文件夾下的文件和子文件夾，并實(shí)現(xiàn) getName、add、remove、print等方法

public class Folder extends Component {
    private String name;
    private List<Component> componentList = new ArrayList<Component>();
      public Integer level;
    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return this.name;
    }
    @Override
    public void add(Component component) {
        this.componentList.add(component);
    }
    @Override
    public void remove(Component component) {
        this.componentList.remove(component);
    }
     @Override
    public void print() {
        System.out.println(this.getName());
        if (this.level == null) {
            this.level = 1;
        }
        String prefix = "";
        for (int i = 0; i < this.level; i++) {
            prefix += "\t- ";
        }
        for (Component component : this.componentList) {
            if (component instanceof Folder){
                ((Folder)component).level = this.level + 1;
            }
            System.out.print(prefix);
            component.print();
        }
        this.level = null;
    }
}

文件類 File，繼承Component父類，實(shí)現(xiàn) getName、print、getContent等方法

public class File extends Component {
    private String name;
    private String content;
    public File(String name, String content) {
        this.name = name;
        this.content = content;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return this.name;
    }
    @Override
    public void print() {
        System.out.println(this.getName());
    }
    @Override
    public String getContent() {
        return this.content;
    }
}

我們來測試一下

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Folder DSFolder = new Folder("設(shè)計(jì)模式資料");
        File note1 = new File("組合模式筆記.md", "組合模式組合多個(gè)對(duì)象形成樹形結(jié)構(gòu)以表示具有 \"整體—部分\" 關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)");
        File note2 = new File("工廠方法模式.md", "工廠方法模式定義一個(gè)用于創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定將哪一個(gè)類實(shí)例化。");
        DSFolder.add(note1);
        DSFolder.add(note2);
        Folder codeFolder = new Folder("樣例代碼");
        File readme = new File("README.md", "# 設(shè)計(jì)模式示例代碼項(xiàng)目");
        Folder srcFolder = new Folder("src");
        File code1 = new File("組合模式示例.java", "這是組合模式的示例代碼");
        srcFolder.add(code1);
        codeFolder.add(readme);
        codeFolder.add(srcFolder);
        DSFolder.add(codeFolder);
        DSFolder.print();
    }
}

輸出結(jié)果

設(shè)計(jì)模式資料
- 組合模式筆記.md
- 工廠方法模式.md
- 樣例代碼
- - README.md
- - src
- - - 組合模式示例.java

在這里父類 Component 是一個(gè)抽象構(gòu)件類，Folder 類是一個(gè)容器構(gòu)件類，F(xiàn)ile 是一個(gè)葉子構(gòu)件類，F(xiàn)older 和 File 繼承了 Component，Folder 與 Component 又是聚合關(guān)系

更復(fù)雜的組合模式

透明與安全

在使用組合模式時(shí)，根據(jù)抽象構(gòu)件類的定義形式，我們可將組合模式分為透明組合模式和安全組合模式兩種形式。

透明組合模式

透明組合模式中，抽象構(gòu)件角色中聲明了所有用于管理成員對(duì)象的方法，譬如在示例中 Component 聲明了 add、remove 方法，這樣做的好處是確保所有的構(gòu)件類都有相同的接口。透明組合模式也是組合模式的標(biāo)準(zhǔn)形式。

透明組合模式的缺點(diǎn)是不夠安全，因?yàn)槿~子對(duì)象和容器對(duì)象在本質(zhì)上是有區(qū)別的，葉子對(duì)象不可能有下一個(gè)層次的對(duì)象，即不可能包含成員對(duì)象，因此為其提供 add()、remove() 等方法是沒有意義的，這在編譯階段不會(huì)出錯(cuò)，但在運(yùn)行階段如果調(diào)用這些方法可能會(huì)出錯(cuò)（如果沒有提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理代碼）

安全組合模式

在安全組合模式中，在抽象構(gòu)件角色中沒有聲明任何用于管理成員對(duì)象的方法，而是在容器構(gòu)件 Composite 類中聲明并實(shí)現(xiàn)這些方法

安全組合模式的缺點(diǎn)是不夠透明，因?yàn)槿~子構(gòu)件和容器構(gòu)件具有不同的方法，且容器構(gòu)件中那些用于管理成員對(duì)象的方法沒有在抽象構(gòu)件類中定義，因此客戶端不能完全針對(duì)抽象編程，必須有區(qū)別地對(duì)待葉子構(gòu)件和容器構(gòu)件。

在實(shí)際應(yīng)用中 java.awt 和 swing 中的組合模式即為安全組合模式。

組合模式總結(jié)

優(yōu)點(diǎn)

• 組合模式可以清楚地定義分層次的復(fù)雜對(duì)象，表示對(duì)象的全部或部分層次，它讓客戶端忽略了層次的差異，方便對(duì)整個(gè)層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。
• 客戶端可以一致地使用一個(gè)組合結(jié)構(gòu)或其中單個(gè)對(duì)象，不必關(guān)心處理的是單個(gè)對(duì)象還是整個(gè)組合結(jié)構(gòu)，簡化了客戶端代碼。
• 在組合模式中增加新的容器構(gòu)件和葉子構(gòu)件都很方便，無須對(duì)現(xiàn)有類庫進(jìn)行任何修改，符合“開閉原則”。
• 組合模式為樹形結(jié)構(gòu)的面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)提供了一種靈活的解決方案，通過葉子對(duì)象和容器對(duì)象的遞歸組合，可以形成復(fù)雜的樹形結(jié)構(gòu)，但對(duì)樹形結(jié)構(gòu)的控制卻非常簡單。

缺點(diǎn)

• 使得設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，客戶端需要花更多時(shí)間理清類之間的層次關(guān)系。
• 在增加新構(gòu)件時(shí)很難對(duì)容器中的構(gòu)件類型進(jìn)行限制。

適用場景

• 在具有整體和部分的層次結(jié)構(gòu)中，希望通過一種方式忽略整體與部分的差異，客戶端可以一致地對(duì)待它們。
• 在一個(gè)使用面向?qū)ο笳Z言開發(fā)的系統(tǒng)中需要處理一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。
• 在一個(gè)系統(tǒng)中能夠分離出葉子對(duì)象和容器對(duì)象，而且它們的類型不固定，需要增加一些新的類型。

應(yīng)用

XML文檔解析

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 2   <books>
 3     <book>
 4         <author>Carson</author>
 5         <price format="dollar">31.95</price>
 6         <pubdate>05/01/2001</pubdate>
 7     </book>
 8     <pubinfo>
 9         <publisher>MSPress</publisher>
10         <state>WA</state>
11     </pubinfo>
12   </books> 

文件

操作系統(tǒng)中的目錄結(jié)構(gòu)是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，因此在對(duì)文件和文件夾進(jìn)行操作時(shí)可以應(yīng)用組合模式，例如殺毒軟件在查毒或殺毒時(shí)，既可以針對(duì)一個(gè)具體文件，也可以針對(duì)一個(gè)目錄。如果是對(duì)目錄查毒或殺毒，將遞歸處理目錄中的每一個(gè)子目錄和文件。

HashMap

HashMap 提供 putAll 的方法，可以將另一個(gè) Map 對(duì)象放入自己的存儲(chǔ)空間中，如果有相同的 key 值則會(huì)覆蓋之前的 key 值所對(duì)應(yīng)的 value 值

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map1 = new HashMap<String, Integer>();
        map1.put("aa", 1);
        map1.put("bb", 2);
        map1.put("cc", 3);
        System.out.println("map1: " + map1);
        Map<String, Integer> map2 = new LinkedMap();
        map2.put("cc", 4);
        map2.put("dd", 5);
        System.out.println("map2: " + map2);
        map1.putAll(map2);
        System.out.println("map1.putAll(map2): " + map1);
    }
}

輸出結(jié)果

map1: {aa=1, bb=2, cc=3}
map2: {cc=4, dd=5}
map1.putAll(map2): {aa=1, bb=2, cc=4, dd=5}

查看 putAll 源碼

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        putMapEntries(m, true);
    }

putAll 接收的參數(shù)為父類 Map 類型，所以 HashMap 是一個(gè)容器類，Map 的子類為葉子類，當(dāng)然如果 Map 的其他子類也實(shí)現(xiàn)了 putAll 方法，那么它們都既是容器類，又都是葉子類

Mybatis SqlNode中的組合模式

MyBatis 的強(qiáng)大特性之一便是它的動(dòng)態(tài)SQL，其通過 if, choose, when, otherwise, trim, where, set, foreach 標(biāo)簽，可組合成非常靈活的SQL語句，從而提高開發(fā)人員的效率。

<select id="findActiveBlogLike"  resultType="Blog">
  SELECT * FROM BLOG WHERE state = ‘ACTIVE' 
  <if test="title != null">
    AND title like #{title}
  </if>
  <if test="author != null and author.name != null">
    AND author_name like #{author.name}
  </if>
</select>

Mybatis在處理動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用到了組合設(shè)計(jì)模式，Mybatis會(huì)將映射配置文件中定義的動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn)、文本節(jié)點(diǎn)等解析成對(duì)應(yīng)的 SqlNode 實(shí)現(xiàn)，并形成樹形結(jié)構(gòu)。

SQLNode 的類圖如下所示：

需要先了解 DynamicContext 類的作用：主要用于記錄解析動(dòng)態(tài)SQL語句之后產(chǎn)生的SQL語句片段，可以認(rèn)為它是一個(gè)用于記錄動(dòng)態(tài)SQL語句解析結(jié)果的容器

抽象構(gòu)件為 SqlNode 接口，源碼如下：

public interface SqlNode {
  boolean apply(DynamicContext context);
}

apply 是 SQLNode 接口中定義的唯一方法，該方法會(huì)根據(jù)用戶傳入的實(shí)參，參數(shù)解析該SQLNode所記錄的動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn)，并調(diào)用 DynamicContext.appendSql() 方法將解析后的SQL片段追加到 DynamicContext.sqlBuilder 中保存，當(dāng)SQL節(jié)點(diǎn)下所有的 SqlNode 完成解析后，我們就可以從 DynamicContext 中獲取一條動(dòng)態(tài)生產(chǎn)的、完整的SQL語句

然后來看 MixedSqlNode 類的源碼：

public class MixedSqlNode implements SqlNode {
  private List<SqlNode> contents;
  public MixedSqlNode(List<SqlNode> contents) {
    this.contents = contents;
  }
  @Override
  public boolean apply(DynamicContext context) {
    for (SqlNode sqlNode : contents) {
      sqlNode.apply(context);
    }
    return true;
  }
}

MixedSqlNode 維護(hù)了一個(gè) List< SqlNode > 類型的列表，用于存儲(chǔ) SqlNode 對(duì)象，apply 方法通過 for循環(huán) 遍歷 contents 并調(diào)用其中對(duì)象的 apply 方法，這里跟我們的示例中的 Folder 類中的 print 方法非常類似，很明顯 MixedSqlNode 扮演了容器構(gòu)件角色

對(duì)于其他SqlNode子類的功能，稍微概括如下：

• TextSqlNode：表示包含 ${} 占位符的動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn)，其 apply 方法會(huì)使用 GenericTokenParser解析 ${} 占位符，并直接替換成用戶給定的實(shí)際參數(shù)值
• IfSqlNode：對(duì)應(yīng)的是動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn) < If > 節(jié)點(diǎn)，其 apply 方法首先通過ExpressionEvaluator.evaluateBoolean() 方法檢測其 test 表達(dá)式是否為 true，然后根據(jù)test 表達(dá)式的結(jié)果，決定是否執(zhí)行其子節(jié)點(diǎn)的 apply() 方法
• TrimSqlNode ：會(huì)根據(jù)子節(jié)點(diǎn)的解析結(jié)果，添加或刪除相應(yīng)的前綴或后綴。
• WhereSqlNode 和 SetSqlNode 都繼承了 TrimSqlNode
• ForeachSqlNode：對(duì)應(yīng) < for each > 標(biāo)簽，對(duì)集合進(jìn)行迭代
• 動(dòng)態(tài)SQL中的 < choose >、< when >、< otherwise > 分別解析成ChooseSqlNode、IfSqlNode、MixedSqlNode

綜上，SqlNode 接口有多個(gè)實(shí)現(xiàn)類，每個(gè)實(shí)現(xiàn)類對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)態(tài)SQL節(jié)點(diǎn)，其中 SqlNode 扮演抽象構(gòu)件角色，MixedSqlNode 扮演容器構(gòu)件角色，其它一般是葉子構(gòu)件角色

參考文章

組合模式

設(shè)計(jì)模式 | 組合模式及典型應(yīng)用

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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