组合设计模式

1、学校院系展示需求

【1】需求

编写程序展示一个学校院系结构：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系。

【2】方案1-传统方式解决学校院系展示存在的问题分析

1）将学院看作是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的

2）实际上我们的要求是：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系，因此这种方案，不能很好的实现管理操作，比如对学院、系的添加，删除、遍历等

3）解决方案：把学校、院、系都看作是组织结构，它们之间没有继承关系，而是一个树形结构，可以更好的实现管理操作。=》组合模式

2、组合模式基本介绍

1）组合模式（Composite Pattern），又叫部分整体模式，它创建了对象组的树形结构，将对象组合成树状结构以表示”整体-部分”的层次关系。这种类型的设计模式属于结构型模式，它创建了对象组的树形结构。

2）组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。

3）这种类型的设计模式属于结构型模式。

4）组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性，即：组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象。

3、组合模式原理

1）Component（抽象根节点）：这是组合中对象声明接口，在适当情况下，实现所有类共有的接口默认行为，用于访问和管理Component子部件，Component可以是抽象类或者接口。

2）Leaf（叶子节点）：在组合中表示叶子节点，叶子节点没有子节点。是系统层次遍历的最小单位。

3）Composite（树枝节点）：非叶子节点，用于存储子部件，在Component接口中实现子部件的相关操作，比如增加（add），删除。组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。

组合模式解决的问题：

1）组合模式解决这样的问题，当我们要处理的对象可以生成一颗树形结构，而我们要对树上的节点和叶子进行操作时，它能够提供一致的方式，而不用考虑它是节点还是叶子。

4、组合模式解决学校院系问题

// 抽象根节点
public abstract class OrganizationComponent {
    private String name; // 名字
    private String des;  // 说明
    
    public OrganizationComponent(String name, String des) {
        super();
        this.name = name;
        this.des = des;
    }
    
    getter，setter
    
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // 默认实现
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    // 方法print, 做成抽象的，子类都需要实现
    protected abstract void print();
}

// University 就是 Composite，可以管理College
public class University extends OrganizationComponent {
    
    public List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    
    public University(String name, String des) {
        super(name, des);
    }
    
    @Override
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        organizationComponents.add(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        organizationComponents.remove(organizationComponent);
    }
    
    // print方法，就是输出University包含的学院
    @Override
    protected void print() {
        System.out.println("-----------------" + getName() + "-----------------");
        for(OrganizationComponent org: organizationComponents) {
            org.print();
        }
    }
}

public class College extends OrganizationComponent {
    
    public List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    
    public College(String name, String des) {
        super(name, des);
    }
    
    @Override
    protected void add(OrganizationComponent organizationComponent) {
        // 将来实际业务中College的add和University的add不一定完全一样
        organizationComponents.add(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    protected void remove(OrganizationComponent organizationComponent) {
        organizationComponents.remove(organizationComponent);
    }
    
    @Override
    protected void print() {
        System.out.println("-----------------" + getName() + "-----------------");
        for(OrganizationComponent org: organizationComponents) {
            organizationComponent.print();
        }
    }
}

public class Department extends OrganizationComponent {
    // 没有集合
    public Department(String name, String des) {
        super(name, des);
    }
    
    //add、remove就不用写了，因为是叶子节点
    @Override
    protected void print() {
        System.out.println("-----------------" + getName() + "-----------------");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 从大到小创建对象
        OrganizationComponent university = new University("清华大学", "中国顶级大学");
        // 创建学院
        OrganizationComponent computerCollege = new College("计算机学院", "计算机学院");
        OrganizationComponent infoEngineerCollege = new College("信息工程学院", "信息工程学院");
        
        // 创建各个学院下面的系（专业）
        computerCollege.add(new Department("软件工程", "软件工程不错"));
        computerCollege.add(new Department("网络工程", "网络工程不错"));
        computerCollege.add(new Department("计算机科学与技术", "计算机科学与技术不错"));
        infoEngineerCollege.add(new Department("通信工程", "通信工程不错"));
        infoEngineerCollege.add(new Department("信息工程", "信息工程不错"));
        
        university.add(computerCollege);
        university.add(infoEngineerCollege);
        
        university.print();
    }
}

5、组合模式在JDK应用分析

1）Java的集合类-HashMap就使用了组合模式

2）代码分析+Debug源码

6、组合模式的分类

在使用组合模式时，根据抽象构建类的定义形式，我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式。

1）透明组合模式

透明组合模式中，抽象根节点角色中声明了所有用于管理成员对象的方法，比如在示例中MenuComponent声明了add、remove、getChild方法，这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。透明组合模式也是组合模式的标准形式。

透明组合模式的缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的，叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供add()、remove()等方法是没有意义的，这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）。

2）安全组合模式

在安全组合模式中，在抽象构建角色中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在树枝节点Menu类中声明并实现这些方法。安全组合模式的缺点是不够透明，因为叶子构件和容器构件具有不同的方法，且容器构件中那些用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义，因此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。