掌握设计模式--组合模式

组合模式（Composite Pattern）

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它用于将对象组织成树形结构，以表示部分-整体的层次结构。通过组合模式，客户端可以统一对待单个对象和组合对象，从而简化了客户端代码的复杂性。

组合模式的核心思想

统一的接口 ：通过抽象类或接口将单个对象和组合对象统一起来；
递归组合 ：组合对象中可以包含单个对象或其他组合对象；
透明性 ：客户端可以一致地调用单个对象和组合对象的方法，而无需区分两者的差异。

组合模式的角色

组件（Component）

定义单个对象和组合对象的公共接口，例如通用操作（add、remove、getChild等）。
叶子节点（Leaf）

表示树形结构中的基本单元，不能再包含其他对象。它实现了组件接口，但不支持添加或移除操作。
组合对象（Composite）

表示树形结构中的复杂单元，可以包含叶子节点或其他组合对象。它实现组件接口，并负责管理其子对象的操作。

示例代码

组合模式解析XML或 HTML 元素结构的代码示例。我们将 XML/HTML 元素看作"部分-整体"结构，其中：

叶子节点(leaf) ：表示没有子节点的元素（如 <img> 或 <input>）。
组合节点(Composite) ：表示可以包含其他子元素的元素（如 <div> 或 <body>）。

两种节点使用同一种的顶层抽象，属于同一类对象，统称为元素（节点）。

类图

1. 抽象组件

HTML顶层元素抽象类。你也可以定义一个顶层接口，然后在抽象类中实现基础功能。

java 复制代码

public abstract class HTMLElement {
    protected String name;

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

    public abstract void render(int level);

    public HTMLElement getChild(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    // 默认行为：叶子结点禁止新增元素
    public void addChild(HTMLElement element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    // 默认行为：叶子结点禁止移除子元素
    public void removeChild(HTMLElement element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    // 辅助方法：生成缩进
    protected String generateIndent(int level) {
        StringBuilder indent = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < level * 2; i++) {
            indent.append(" "); // 每层缩进2个空格
        }
        return indent.toString();
    }
}

2. 组合结点

表示可以包含子元素的HTML标签

java 复制代码

public class HTMLComposite extends HTMLElement {
    private List<HTMLElement> children = new LinkedList<>();

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

    @Override
    public void addChild(HTMLElement element) {
        children.add(element);
    }

    @Override
    public void removeChild(HTMLElement element) {
        children.remove(element);
    }

    @Override
    public HTMLElement getChild(int index) {
        return children.get(index);
    }

    @Override
    public void render(int level) {
        System.out.println(generateIndent(level) + "<" + name + ">");
        for (HTMLElement child : children) {
            child.render(level + 1); // 子节点递归调用
        }
        System.out.println(generateIndent(level) + "</" + name + ">");
    }
}

3.叶子节点

表示没有子元素的HTML标签

java 复制代码

public class HTMLLeaf extends HTMLElement {
    public HTMLLeaf(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void render(int level) {
        System.out.println(generateIndent(level) + "<" + name + " />");
    }
}

测试

java 复制代码

public class CompositePatternHTMLDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HTML结构
        HTMLElement html = new HTMLComposite("html");
        HTMLElement body = new HTMLComposite("body");
        HTMLElement div = new HTMLComposite("div");
        HTMLElement img = new HTMLLeaf("img");
        HTMLElement input = new HTMLLeaf("input");
        HTMLElement p = new HTMLLeaf("p");


        // 组合结构
        html.addChild(body);
        body.addChild(div);
        body.addChild(input);
        div.addChild(img);
        div.addChild(p);

        // 渲染HTML结构
        html.render(0);

        // 去除某个节点
        div.removeChild(p);
        html.render(0);
    }
}

测试结果：

html 复制代码

<html>
  <body>
    <div>
      <img />
      <p />
    </div>
    <input />
  </body>
</html>
<html>
  <body>
    <div>
      <img />
    </div>
    <input />
  </body>
</html>

从类图或测试类（使用者）中可以看出，使用者直接依赖于具体的类，属于高耦合的一种编程方式。

简单优化（结合其它设计模式）

加入一个工厂类来创建组合节点和叶子结点

类图结构变为

工厂类代码

java 复制代码

public class HTMLElementFactory {
    private static Map<String, Class<? extends HTMLElement>> elementRegistry = new HashMap<>();

    static {
        // 注册类
        try {
            HTMLElementFactory.registerElement("composite", (Class<? extends HTMLElement>) Class.forName("org.example.composite.htmldemo.HTMLComposite"));
            HTMLElementFactory.registerElement("leaf", (Class<? extends HTMLElement>) Class.forName("org.example.composite.htmldemo.HTMLLeaf"));
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 注册类
    public static void registerElement(String type, Class<? extends HTMLElement> clazz) {
        elementRegistry.put(type, clazz);
    }

    // 创建实例
    public HTMLElement createElement(String type, String name) {
        Class<? extends HTMLElement> clazz = elementRegistry.get(type);
        if (clazz == null) {
            throw new IllegalArgumentException("未知元素类型: " + type);
        }
        try {
            return clazz.getDeclaredConstructor(String.class).newInstance(name);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("错误创建元素对象: " + e.getMessage(), e);
        }
    }
}

测试代码

java 复制代码

public class CompositePatternHTMLDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HTML结构
//        HTMLElement html = new HTMLComposite("html");
//        HTMLElement body = new HTMLComposite("body");
//        HTMLElement div = new HTMLComposite("div");
//        HTMLElement img = new HTMLLeaf("img");
//        HTMLElement input = new HTMLLeaf("input");
//        HTMLElement p = new HTMLLeaf("p");

        HTMLElementFactory htmlElementFactory = new HTMLElementFactory();
        // 创建对象
        HTMLElement html = htmlElementFactory.createElement("composite", "html");
        HTMLElement body = htmlElementFactory.createElement("composite", "body");
        HTMLElement div = htmlElementFactory.createElement("composite", "div");
        HTMLElement input = htmlElementFactory.createElement("leaf", "input");
        HTMLElement img = htmlElementFactory.createElement("leaf", "img");
        HTMLElement p = htmlElementFactory.createElement("leaf", "p");

        // 组合结构
        html.addChild(body);
        body.addChild(div);
        body.addChild(input);
        div.addChild(img);
        div.addChild(p);

        // 渲染HTML结构
        html.render(0);

        // 去除某个节点
        div.removeChild(p);
        html.render(0);
    }
}