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前言
在软件开发中，我们常常需要处理树形结构的问题。树形结构通常由树枝和叶子节点组成，每个树枝可以有多个子节点或叶子节点。而组合模式（Composite）就是一种处理树形数据结构的模式。
组合模式将对象组合成树形结构，以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
摘要
组合模式是一种结构型设计模式。可以将对象组合成树形结构，以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
在本文中，我们通过一个示例程序来阐释组合模式的实现方式、优缺点、使用场景及注意事项。
组合模式
概念
组合模式是一种结构型设计模式，允许将对象组合成树形结构来表示部分-整体的层次结构。它使客户端可以像处理单个对象一样处理对象的组合。组合模式使用递归算法从而可以处理复杂的层次结构，同时保持简单的代码结构。在组合模式中，有两种基本类型的对象：叶子节点和组合节点。叶子节点表示树形结构中的单个元素，而组合节点则表示一个包含多个子节点的组合元素。通过这种方式，组合模式可以帮助我们在层次结构中自由地添加、删除和修改对象，同时不会破坏整个树形结构的完整性。
结构
组合模式包含以下角色：
Component（抽象构件）：它可以是接口或抽象类，为叶子构件和组合构件对象声明接口，实现所有类共有的接口默认行为，用于访问和管理Component的子部件。Leaf（叶子构件）：在组合中表示子节点对象，叶子节点没有子节点。Composite（组合构件）：定义组合中的枝干节点行为，用于存储子部件，在Component接口中实现与子部件有关的操作。
通过组合模式，我们可以将一个树形结构表示为一个对象，同时对于客户端而言，无论是访问树中的一个叶子节点还是一个枝干节点，都可以使用一致的方式进行操作。
下面是组合模式的 UML 类图：
优缺点
优点
- 可以清晰地定义复杂对象的层次结构；
- 客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象。
缺点
- 组合模式在增加新的构件时很难对系统的复杂度进行限制。
使用场景
组合模式通常在以下场景中使用：
- 表示对象的部分-整体层次结构；
- 让客户端统一处理单个对象和组合对象。
注意事项
- 不建议在组合模式中使用过多的类型判断（如
instanceof），否则会导致系统变得复杂； - 程序中每个节点最好都有父节点的引用，方便操作。
示例程序
本文以操作系统文件系统为例，来阐释组合模式的实现方式。文件系统由文件夹（Folder）和文件（File）组成，其中文件夹可以包含多个文件夹或文件，而文件没有子节点。
我们先定义一个抽象的文件系统节点 Component：
java
package com.example.javaDesignPattern.composite;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 14:32
*/
public abstract class Component {
protected String name;
public Component(String name) {
this.name = name;
}
public abstract void add(Component c);
public abstract void remove(Component c);
public abstract void display();
}该类定义了文件系统中节点的公共属性和方法，其中 add()、remove()用于添加/移除子节点，display() 用于展示当前节点信息。
然后定义叶子节点 File：
java
package com.example.javaDesignPattern.composite;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 14:33
*/
public class File extends Component {
public File(String name) {
super(name);
}
@Override
public void add(Component c) {
System.out.println("File cannot add any component");
}
@Override
public void remove(Component c) {
System.out.println("File cannot remove any component");
}
@Override
public void display() {
System.out.println("File Name: " + name);
}
}该类表示文件节点，它没有子节点，因此 add() 和 remove() 操作无法实现。
最后定义组合节点 Folder：
java
public class Folder extends Component {
private List<Component> children = new ArrayList<>();
public Folder(String name) {
super(name);
}
@Override
public void add(Component c) {
children.add(c);
}
@Override
public void remove(Component c) {
children.remove(c);
}
@Override
public void display() {
System.out.println("Folder Name: " + name);
for (Component c : children) {
c.display();
}
}
}该类表示文件夹节点，它可以包含多个子节点，因此实现了 add() 和 remove() 操作，并在 display() 中递归展示子节点信息。
我们可以使用如下方式测试程序：
java
package com.example.javaDesignPattern.composite;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 14:34
*/
public class CompositeTest {
public static void main(String[] args) {
Component root = new Folder("root");
Component folder1 = new Folder("folder1");
Component folder2 = new Folder("folder2");
Component folder3 = new Folder("folder3");
Component file1 = new File("file1");
Component file2 = new File("file2");
Component file3 = new File("file3");
folder1.add(file1);
folder2.add(file2);
folder3.add(file3);
root.add(folder1);
root.add(folder2);
root.add(folder3);
root.display();
}
}输出结果如下：
代码解读
这是一个演示组合模式的 Java 代码。组合模式是一种结构型模式，它将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次关系。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
在这个示例中，首先定义了一个 Component 接口，它包含了 add()、remove() 和 display() 方法，用于添加、移除和展示组件。然后定义了两个具体的组件类：Folder 和 File。其中 Folder 类具有一个 ArrayList 成员变量，用于存储它所包含的组件。
在 main() 方法中，首先创建了一个根节点 root，然后创建了三个文件夹和三个文件，并将文件添加到对应的文件夹中。最后将三个文件夹添加到根节点下，并调用根节点的 display() 方法，展示整个组合结构。
输出结果类似于，如下：
java
root
---folder1
------file1
---folder2
------file2
---folder3
------file3其中 - - - 表示缩进，表示嵌套的层次关系。
附录源码
如上涉及代码均已上传同步在 GitHub，提供给同学们参考性学习。
总结
本文介绍了组合模式的实现方式、优缺点、使用场景及注意事项，并通过一个文件系统示例程序进行了阐述。组合模式提供了一种处理树形结构数据的方式，它使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象。同时，我们也需要注意在实现过程中避免过多的类型判断，同时保证每个节点都有父节点的引用。
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