设计模式:组合模式(Composite)

设计模式:组合模式(Composite)

将对象组合成属性结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合使得用户和单个对象和组合对象的使用具有一致性。

组合模式设计的角色:

  1. Component:是组合中的对象声明接口,在适当的情况下,实现所有类共有接口的默认行为。声明一个接口用于访问和管理Component.
  2. Leaf:在组合中表示叶子节点对象,叶子节点没有子节点。
  3. Composite:定义树枝节点行为,用来存储子部件,在Component接口中实现与子部件有关操作,如增加和删除等。

举个简单例子(树枝和叶子)

1 Component

public abstract class Component
{
protected String name;

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

protected abstract void add(Component component);
protected abstract void remove(Component component);
protected abstract void operation(int depth);
protected abstract List<Component> getChildren();
}

2 Leaf(树叶)

public class Leaf extends Component
{
public Leaf(String name)
{
super(name);
}

@Deprecated
public void add(Component component) throws UnsupportedOperationException
{
throw new UnsupportedOperationException();
}

@Deprecated
public void remove(Component component) throws UnsupportedOperationException
{
throw new UnsupportedOperationException();
}

@Override
protected void operation(int depth){
String temp = "";
for(int i=0;i<depth;i++)
{
temp += " ";
}
System.out.println(temp+this.name);
}

@Deprecated
protected List<Component> getChildren() throws UnsupportedOperationException
{
throw new UnsupportedOperationException();
}
}

3 Composite(树枝)

public class Composite extends Component
{
private LinkedList<Component> children;

public Composite(String name)
{
super(name);
this.children = new LinkedList<>();
}

public void add(Component component)
{
this.children.add(component);
}

@Override
public void remove(Component component)
{
this.children.remove(component);
}

@Override
public LinkedList<Component> getChildren()
{
return children;
}

@Override
protected void operation(int depth)
{
String temp = "";
for(int i=0;i<depth;i++)
{
temp += " ";
}

LinkedList<Component> children = this.getChildren();
System.out.println(temp+this.name);
for (Component c : children) {
c.operation(depth+1);
}
}
}

4 测试代码

public class MainTest
{
public static void main(String[] args)
{
Composite root = new Composite("树根");

Composite branch01 = new Composite("树枝01");
Composite branch02 = new Composite("树枝02");
Composite branch03 = new Composite("树枝03");
Composite branch04 = new Composite("树枝04");

branch01.add(new Leaf("树叶01"));
branch01.add(new Leaf("树叶02"));
branch03.add(new Leaf("树叶03"));
branch03.add(new Leaf("树叶04"));
branch03.add(new Leaf("树叶05"));
branch01.add(branch03);

branch02.add(new Leaf("树叶06"));
branch02.add(new Leaf("树叶07"));
branch02.add(new Leaf("树叶08"));
branch04.add(new Leaf("树叶09"));
branch04.add(new Leaf("树叶10"));
branch02.add(branch04);

root.add(branch01);
root.add(branch02);

root.operation(0);
}
}

输出结果:

树根
树枝01
树叶01
树叶02
树枝03
树叶03
树叶04
树叶05
树枝02
树叶06
树叶07
树叶08
树枝04
树叶09
树叶10

上面测试代码部分构建树结构的代码着实不太好看,效率太低。其实,在真实应用中。并不是这样子手工地构建一棵复杂的树,应该是我们已经将整棵树的节点内容、逻辑关系都存储在数据库表中,开发人员编程从数据库中的表中读取记录来构建整棵树。

透明模式 vs 安全模式

上面的代码属于透明模式,我们先看看安全模式是怎么实现的:

更改一下Component:

public abstract class Component
{
protected String name;

public Component(String name)
{
this.name = name;
}
protected abstract void operation(int depth);
}

再更改下Leaf

public class Leaf extends Component
{
public Leaf(String name)
{
super(name);
}

@Override
protected void operation(int depth){
String temp = "";
for(int i=0;i<depth;i++)
{
temp += " ";
}
System.out.println(temp+this.name);
}
}

被称为安全模式是因为Leaf不具有add和remove等方法,这些具体方法是被下置到Composite类中去具体实现了。透明模式将add和remove等方法上升到抽象构建类Component中去了。那么此时Leaf类在具体实现时就必须将继承而来的add和remove等不可用、不合理的方法给注释掉(@Deprecated),并抛出适当的异常,不提供给用户使用。至于是使用透明模式还是安全模式就仁者见仁智者见智咯。不过,在这一模式中,相对于安全性,我们比较强调透明性。

使用场景

  1. 用于对象的部分-整体层次结构,如树形菜单、文件夹菜单、部门组织架构等。
  2. 对用户隐藏组合对象与单个对象的不同,使得用户统一地使用组合结构中的所有对象。

优缺点

优点:使客户端调用简单,客户端可以一直的使用组合结构或其中单个对象,用户就不必关心自己处理的是单个对象还是整个组合结构,这就简化了客户端代码。更容易在组合体内加入对象不见,客户端不必因为加入了新的对象不见而更改代码。这一点符合开闭原则的要求,对系统的二次开发和功能扩展很有利。

缺点:组合模式不容易限制组合中的构件。

Jdk中的组合模式
java.util.Map#putAll(Map)
java.util.List#addAll(Collection)
java.util.Set#addAll(Collection)

反面教材

回想起以前写页面菜单的时候,从数据库中读取类似的树形结构,当时没有采用这种组合模式,而是限定死树的最大深度(页面的菜单深度不超过3,实际上也没见到过超过3的),这样前端js代码在深度不超过3时没有问题,当超过3时,就需要重新编写页面菜单的js代码了,这样的扩展性并不好,如果当时采用了这种组合模式就会好很多。
&
写页面菜单已经是6年前的事了,代码早已不详~最近用项目需求要写一棵树,单例模式的。大伙来看看有什么不妥之处。

首先定义实体类Entry

public class Entry
{
private String name;
//some other properties

public Entry(String name)
{
super();
this.name = name;
}
//getter and setter略
}

定义树节点(这里的叶子节点可以看成son==null的TreeNode,而树枝节点son!=null)

public class TreeNode
{
private Entry entry;
private List<TreeNode> son;
//getter and setter略
}

定义单例树节点

public class Tree
{
private TreeNode tree;

private Tree()
{
tree = new TreeNode();
tree.setEntry(null);
tree.setSon(new ArrayList<TreeNode>());
}

public static class SingletonTreeInner
{
public static final Tree INSTANCE = new Tree();
}

public static Tree getInstance()
{
return SingletonTreeInner.INSTANCE;
}

public TreeNode getTree()
{
return tree;
}
}

测试代码(根-集群-主机-虚拟机的层次关系):

public static void insertData()
{
Tree root = Tree.getInstance();
List<TreeNode> rootList = root.getTree().getSon();

//add cluster into root node
TreeNode cluster = new TreeNode();
Entry entry1 = new Entry("cluster1");
cluster.setEntry(entry1);
cluster.setSon(null);
rootList.add(cluster);

//add host into cluster node
TreeNode host = new TreeNode();
Entry entry2 = new Entry("host1");
host.setEntry(entry2);
host.setSon(null);
if(cluster.getSon() == null)
{
cluster.setSon(new ArrayList<TreeNode>());
}
List clusterList = cluster.getSon();
clusterList.add(host);

//add vm into host node
TreeNode vm = new TreeNode();
Entry entry3 = new Entry("vm1");
vm.setEntry(entry3);
vm.setSon(null);
if(host.getSon() == null)
{
host.setSon(new ArrayList<TreeNode>());
}
List hostList = host.getSon();
hostList.add(vm);
}

大伙比对组合模式来看看这段代码有什么欠妥之处,欢迎在下方留言探讨。

参考资料

  1. 23种设计模式
  2. 细数JDK里的设计模式
  3. 组合模式(Composite)的安全模式与透明模式

欢迎支持笔者的作品《深入理解Kafka: 核心设计与实践原理》和《RabbitMQ实战指南》,同时欢迎关注笔者的微信公众号:朱小厮的博客(ID: hiddenkafka)。
本文作者: 朱小厮

评论

Your browser is out-of-date!

Update your browser to view this website correctly. Update my browser now

×