9、设计模式之组合模式（Composite）

一、什么是组合模式

组合模式也成为整体部分模式，是一种结构型设计模式。它将对象组合成树形的层次结构，用来表示"整体-部分"的关系。通过组合模式，我们可以使用相同的方式处理单个对象和多个对象组合。

二、角色组成

组件（Component）：定义组合模式中所有对象共有的方法和属性。

叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，也是组合中没有子节点的对象。

组合节点（Composite）：表示组合中的容器对象，该对象包含其他子节点。

三、优缺点

优点：

通过组合模式，可以使客户端统一处理单个对象和组合对象，并且不用区分类型，简化了客户端代码的复杂性。

在无需修改现有的代码情况下，可以很容易地增减新的组件类型，更加灵活。

组合对象和单个对象之间的一致性接口可以使代码更易复用

缺点：

可能限制组件的类型：组合模式要求组件和叶子节点具有相同的接口，这可能会限制组件的类型。例如，所有的组件都必须实现相同的操作，即使某些组件并不需要这些操作。

对某些操作的不支持：在组合模式中，对于某些操作，可能只有叶子节点能够支持，而组合对象不能够支持。这可能需要在设计时进行权衡。

可能增加系统复杂性：虽然组合模式可以简化客户端代码，但在另一方面，它也引入了新的类和关系，可能增加了系统的复杂性。在一些简单的情况下，使用组合模式可能会显得过于繁琐。

四、应用场景

4.1 生活场景

古代皇帝：皇帝治理国家不可能具体到某一个人，所以设置了很多机构，比如三省六部，这些机构下面又有很多小的组织，它们共同治理这个国家。

公司：一个公司下面有很多小部门，每个部门下面又分好几个组，有可能再细点每个组又分为职业不同的人（前端、测试、开发、运维）。

文件：比如C盘、D盘下面有很多文件夹，文件夹里面又有很多文件或文件夹。

4.2 java场景

HashMap：putAll()传入的是Map对象，Map就是一个组件，而HashMap就是一个组合节点，HashMap中的Node节点就是叶子节点。同理，ArrayList对象也有addAll()方法。

Java AWT和SWING：对于Button和Checkbox是叶子节点，Container是组合节点。

五、代码实现

下面以算数表达式为例，解释一下组合模式。我们可以把算数表达式看作是一个树状结构，由操作符和操作数组成。

组件（Component）：Expression

叶子节点（Leaf）：AddOperator、MulOperator、Number

组合节点（Composite）：Operator

5.0 UML类图

5.1 Expression-组件（Component）

java 复制代码

/**
 * 
 * 1.组件（Component）：算数表达式
 */
public interface Expression {
 
    //求值
    double evaluate();
}

5.2 Number-叶子节点（Leaf）

java 复制代码

/**
 * 
 * 2.叶子节点（Leaf）：数字
 */
public class Number implements Expression{
    private double val;
    public Number(double v){
        this.val=v;
    }
 
    @Override
    public double evaluate() {
        return val;
    }
}

/**
 * 
 * 2.叶子节点（Leaf）：加法操作符
 */
public class AddOperator extends Operator{
    public AddOperator(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }
 
    @Override
    public double evaluate() {
        return left.evaluate() + right.evaluate();
    }
}
/**
 * 
 * 2.叶子节点（Leaf）：加法操作符
 */
public class MulOperator extends Operator{
    public MulOperator(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }
 
    @Override
    public double evaluate() {
        return left.evaluate() * right.evaluate();
    }
}

5.3 Operation-组合节点（Composite）

java 复制代码

/**
 * 
 * 2.组合节点（Composite）：运算
 */
public abstract class Operator implements Expression{
    protected Expression left;
    protected Expression right;
 
    public Operator(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
//    @Override
//    public double evaluate(){
//        return 0;
//    }
}

5.4 testComposite

java 复制代码

/**
 * 
 * 组合模式测试类
 */
@SpringBootTest
public class TestComposite {
   @Test
    void testComposite(){
        // 构建一个算数表达式: (2 + 3) * 4
        Expression expression = new MulOperator(
                new AddOperator(new Number(2), new Number(3)),
                new Number(4)
        );
        // 计算表达式的结果
        double result = expression.evaluate();
        System.out.println("(2+3)*4=" + result);
    }
}

六、总结

组合模式通过把叶子节点当成特殊的组合节点来看待，从而对叶子节点和组合节点能用相同的方式处理，下面总结一下组合模式在程序设计中的使用场景：

对象的层次结构：当你有一组对象，这些对象可以以层次结构的方式进行组织时，组合模式非常有用。例如，文件系统中的文件和文件夹、组织架构中的部门和员工等。

统一处理对象：当你希望能够以统一的方式处理一组对象时，组合模式可以派上用场。组合模式会将叶子对象和组合对象统一对待，这样你就可以通过递归遍历整个对象树，从而对每个对象进行相同的操作。

部分-整体关系：组合模式非常适用于表示部分-整体关系的情况。你可以将单个对象视为整体，将多个对象组合成部分，然后再将多个部分组合成更大的整体，以此类推。

可以忽略对象的具体类型：通过使用组合模式，你可以忽略对象的具体类型，只处理对象的共同接口。这样可以简化代码，使其更加灵活、可扩展和易于维护。