Java設(shè)計模式之組合模式

更新時間：2022年10月11日 09:07:47 作者：tianClassmate

這篇文章介紹了Java設(shè)計模式之組合模式，文中通過示例代碼介紹的非常詳細。對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

本文通過老王和小王探討書房、書架、各類書的管理問題，引出結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式家族中的一個重要成員——組合模式，本文會給予兩種組合模式的典型代碼實現(xiàn)，為了加深理解會在第三部分應(yīng)用中介紹組合模式在源碼中的實際運用，最后總結(jié)該設(shè)計模式學(xué)習(xí)后的一些思考。

讀者可以拉取完整代碼到本地進行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)代碼均測試通過后上傳到碼云，本地源碼下載。

一、引出問題

上篇文章中老王給小王買車以后，小王對老王感激涕零，看著老王凌亂的書房，小王提出要幫助老王整理整理他的書架。

小王開始了他的分析。老王平時博覽群書，中文、英文、梵文...每個語種占滿了書架，而每個語種中又分經(jīng)濟學(xué)、計算機學(xué)、社會學(xué)等等類目。這是典型的分層次結(jié)構(gòu)，將語種比作是圖書的子類，類目是語種的子類結(jié)構(gòu)劃分。

將圖書、語種、類目都看做是組織結(jié)構(gòu)，他們之間沒有繼承關(guān)系，而是一個樹形結(jié)構(gòu)，可以更好的實現(xiàn)管理操作。

二、概念與使用

實際上，小王提出來的設(shè)計思路正是結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式中的組合模式，我們首先看一下組合模式的相關(guān)概念，組合模式（Composite Pattern），又叫部分整體模式，它創(chuàng)建了對象組的樹形結(jié)構(gòu)，將對象組合成樹狀結(jié)構(gòu)以表示“整體-部分”的層次關(guān)系。組合模式依據(jù)樹形結(jié)構(gòu)來組合對象，用來表示部分以及整體層次。

組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的訪問具有一致性，即：組合能讓客戶以一致的方式處理個別對象以及組合對象。

用大白話解釋也就是，在實際應(yīng)用中將所有圖書依照樹形模式進行組合，老王尋找書籍時，無論是訪問某一類書還是某一個語種的書，使用同樣的姿勢即可，保證了訪問的一致性。

在該模式中應(yīng)該是有三個角色：

1、Root :這是組合中對象聲明接口，在適當(dāng)情況下，實現(xiàn)所有類共有的接口默認行為,用于訪問和管理Root 子部件, Root 可以是抽象類或者接口。

2、Branches:非葉子節(jié)點用于存儲子部件，在Root接口中實現(xiàn)了子部件的相關(guān)操作。

2、Leaf : 在組合中表示葉子節(jié)點，葉子節(jié)點沒有子節(jié)點。

小王分析的頭頭是道，老王提出來了他的疑問。

當(dāng)我按語種查找還是按類目查找是使用的方法有時候是不一樣的，如果你把所有方法都定義在Root中，在語種或者類目中實現(xiàn)中是無意義的，而且這違背了接口隔離原則。

小王覺得說的對也不對，如果我改成不在Root中定義，那么我在客戶端調(diào)用的時候就需要判斷是枝還是葉了，增加了繁雜的邏輯判斷，而且相比另外一種變得不透明了，依賴倒置原則也沒有遵守。

兩種方式似乎都有缺陷，小王陷入了糾結(jié)不知道該如何取舍，老王提出了他的一些見解，沒有任何一個設(shè)計模式是完全沒有缺點的，兩種都有各自的好處，在實際的運用中根據(jù)條件進行取舍，而正確選擇的前提就是要對所有的設(shè)計模式充分的把握。

上面兩種就對應(yīng)組合模式中的兩個大分類、①透明組合模式、安全組合模式。

①透明組合模式把所有的公共方法都定義在Root中，這樣做的好處就是客戶端無需分辨是葉子節(jié)點（Leaf）和樹枝節(jié)點（Branches），他們具備完全一致的接口；缺點是葉子節(jié)點（Leaf）會繼承得到一些它所不需要（管理子類操作的方法）的方法，這與設(shè)計模式接口隔離原則相違背。

②安全組合模式的好處是接口定義職責(zé)清晰，符合設(shè)計模式單一職責(zé)原則和接口隔離原則；缺點是客戶需要區(qū)分樹枝節(jié)點（Branches）和葉子節(jié)點（Leaf），這樣才能正確處理各個層次的操作，客戶端依賴抽象（Root），違背了依賴倒置原則。

我們把兩種的方式實現(xiàn)，讀者對比他們之間的區(qū)別。

安全模式

Root(根節(jié)點):

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public abstract class RootBook {
    protected String name;

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

    public abstract String operation();

}

Branches（樹枝節(jié)點）

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class BranchesLanguages extends RootBook {

    private List<RootBook> roots;

    public BranchesLanguages(String name) {
        super(name);
        this.roots = new ArrayList<RootBook>();
    }


    public String operation() {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
        for (RootBook component : this.roots) {
            builder.append("\n");
            builder.append(component.operation());
        }
        return builder.toString();

    }
    public boolean addChild(RootBook component) {
        return this.roots.add(component);
    }


    public boolean removeChild(RootBook component) {
        return this.roots.remove(component);
    }


    public RootBook getChild(int index) {
        return this.roots.get(index);
    }

}

Leaf(葉子節(jié)點)

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class LeafClassify extends RootBook {

    public LeafClassify(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public String operation() {
        return this.name;
    }
}

客戶端：

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("安全組合模式...");
        // 來一個根節(jié)點
        BranchesLanguages BranchesRoot = new BranchesLanguages("root/書");
        // 來一個樹枝節(jié)點
        BranchesLanguages branchA = new BranchesLanguages("------branchA/英語");
        BranchesLanguages branchB = new BranchesLanguages("------branchB/中文");
        // 來一個葉子節(jié)點
        RootBook leafA = new LeafClassify("------leafA/經(jīng)濟學(xué)");
        RootBook leafB = new LeafClassify("------leafB/計算機學(xué)");
        RootBook leafC = new LeafClassify("------leafC/法學(xué)");

        BranchesRoot.addChild(branchA);
        BranchesRoot.addChild(leafC);
        branchA.addChild(leafA);
        branchA.addChild(branchB);
        branchB.addChild(leafB);

        String result = BranchesRoot.operation();
        System.out.println(result);


    }
}

透明模式

Root(根節(jié)點):

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public abstract class RootBook {
    protected String name;

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

    public abstract String operation();

    public boolean addChild(RootBook component) {
        throw new UnsupportedOperationException("addChild not supported!");
    }

    public boolean removeChild(RootBook component) {
        throw new UnsupportedOperationException("removeChild not supported!");
    }

    public RootBook getChild(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException("getChild not supported!");
    }

}

Branches（樹枝節(jié)點）

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class BranchesLanguages extends RootBook {

    private List<RootBook> roots;

    public BranchesLanguages(String name) {
        super(name);
        this.roots = new ArrayList<RootBook>();
    }


    public String operation() {
        StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
        for (RootBook component : this.roots) {
            builder.append("\n");
            builder.append(component.operation());
        }
        return builder.toString();

    }

    @Override
    public boolean addChild(RootBook component) {
        return this.roots.add(component);
    }


    @Override
    public boolean removeChild(RootBook component) {
        return this.roots.remove(component);
    }


    @Override
    public RootBook getChild(int index) {
        return this.roots.get(index);
    }

}

Leaf(葉子節(jié)點)

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class LeafClassify extends RootBook {

    public LeafClassify(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public String operation() {
        return this.name;
    }
}

客戶端：

/**
 * @author tcy
 * @Date 08-08-2022
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("透明組合模式...");
        // 來一個根節(jié)點
        RootBook BranchesRoot = new BranchesLanguages("root/書");
        // 來一個樹枝節(jié)點
        RootBook branchA = new BranchesLanguages("------branchA/英語");
        RootBook branchB = new BranchesLanguages("------branchB/漢語");
        // 來一個葉子節(jié)點
        RootBook leafA = new LeafClassify("------leafA/計算機學(xué)");
        RootBook leafB = new LeafClassify("------leafB/法學(xué)");
        RootBook leafC = new LeafClassify("------leafC/社會學(xué)");

        BranchesRoot.addChild(branchA);
        BranchesRoot.addChild(leafC);
        branchA.addChild(leafA);
        branchA.addChild(branchB);
        branchB.addChild(leafB);

        String result = BranchesRoot.operation();
        System.out.println(result);


    }
}

使用組合模式的兩種實現(xiàn)方法，這樣就對老王的書架改造工程就完成了，對憑空捏造出來的需求有些讀者看完想必還是云里霧里。我們結(jié)合JDK的源碼和一些開發(fā)常用框架，再次深入源碼對組合模式的使用。

三、應(yīng)用

通過查詢資料可知，組合模式在Jdk中的應(yīng)用主要是集合類HashMap和Mybtis中的SqlNode。

我們分別看其實現(xiàn)。

1、jdk中HashMap的運用

在HashMap中有一個父類AbstractMap和一個子類Node。如下圖

我們看下源代碼：

 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 if (s > threshold)
                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()方法傳入的是Map對象，Map就是一個抽象構(gòu)件（同時這個構(gòu)件中只支持健值對的存儲格式），而HashMap是一個中間構(gòu)件，HashMap中的Node節(jié)點就是葉子節(jié)點。

Node是HashMap中的一個內(nèi)部類，HashMap的存儲節(jié)點指的正是Node，讀者可以重點看這個類的實現(xiàn)。

在這個實例中，HashMap就是樹枝節(jié)點，Node就是葉節(jié)點，Map就是根節(jié)點。

2、Mybtis中的SqlNode

SqlNode是一個接口，主要功能就是構(gòu)造SQL語句。

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

SqlNode有一大堆的實現(xiàn)類，我們看其中的MixedSqlNode。

  public class MixedSqlNode implements SqlNode {
  private final List<SqlNode> contents;

  public MixedSqlNode(List<SqlNode> contents) {
    this.contents = contents;
  }

  @Override
  public boolean apply(DynamicContext context) {
    contents.forEach(node -> node.apply(context));
    return true;
  }
}

SqlNode就充當(dāng)組合模式中的Root，而他的眾多子類作用就在于拼接各種類型的SQL，在組合模式的角色中相當(dāng)于樹枝節(jié)點。其中在TrimSqlNode 中有一個子類WhereSqlNode就充當(dāng)組合模式中的樹葉節(jié)點。

這兩個都屬于組合模式中的典型例子，讀者體會下使用這種模式的好處，和如果不使用組合模式應(yīng)該怎樣實現(xiàn)。

通過這兩個例子我們應(yīng)該可以看到，設(shè)計模式的使用中并不是完全遵循各自的角色，更多的是設(shè)計模式中的一些變種，讀者不深入源碼并不能了解到該模式的實現(xiàn)細節(jié)。讀者需要做的就是盡可能的熟悉設(shè)計模式，在自己開發(fā)過程中可以“擇優(yōu)錄取”。