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设计模式系列之「组合模式」

小Y科普: 家谱又称族谱、宗谱等。它以记载父系家族世系、人物为中心,由正史中的帝王本纪及王侯列传、年表等演变而来。是一种特殊的文献,就其内容而言,是中国五千年文明史中具有平民特色的文献,记载的是同宗共祖血缘集团世系人物和事迹等方面情况的历史图籍。

Now,how to 实现 小J's 族谱。

一、小J族谱简略版

从最顶层的第一代J开始,一代代往下记录下去,这很明显就是一个树状结构,现在小Y要做的就是通过最合适的方式把小J的族谱图遍历出来。

二、树状图的拆解利器-组合模式

1.组合模式的定义

组合模式也叫合成模式,有时又叫做部分-整体模式,主要是用来描述部分与整体的关系,将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构,使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

2.组合模式的角色介绍(组合模式有两种实现:安全模式和透明模式)

  • Component抽象构件角色
    定义参加组合对象的共有方法和属性,可以定义一些默认的行为或属性。

  • Leaf叶子构件
    Leaf叶子构件叶子对象,其下再也没有其他的分支,也就是遍历的最小单位。

  • Composite树枝构件
    树枝对象,它的作用是组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。组合模式的重点就在树枝构件。

3.组合模式的使用场景

  • 只要是树形结构或者只要是要体现局部和整体的关系的时候,而且这种关系还可能比较深,就要考虑一下组合模式。

  • 从一个整体中能够独立出部分模块或功能的场景。

  • 维护和展示部分-整体关系的场景。

4.安全模式和透明模式的具体实现

(1)安全模式

①抽象构件

public abstract class Component {
	//个体和整体都具有
	public void operation(){
		//编写业务逻辑
	}
}
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②树枝构件

public class Composite extends Component {
	//构件容器
	private List<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
	//增加一个叶子构件或树枝构件
	public void add(Component component){
		this.componentArrayList.add(component);
	}
	//删除一个叶子构件或树枝构件
	public void remove(Component component){
		this.componentArrayList.remove(component);
	}
	//获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
	public List<Component> getChildren(){
		return this.componentArrayList;
	}
}
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③树叶构件

public class Leaf extends Component {
	/*
	* 可以覆写父类方法
	* public void operation(){
	*
	* }
	*/
}
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④Client

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//创建一个根节点
		Composite root = new Composite();
		root.operation();
		//创建一个树枝构件
		Composite branch = new Composite();
		//创建一个叶子节点
		Leaf leaf = new Leaf();
		//建立整体
		root.add(branch);
		branch.add(leaf);
	}

	//通过递归遍历树
	public static void showTree(Composite root){
		for(Component c:root.getChildren()){
			if(c instanceof Leaf){ //叶子节点
				c.operation();
			}else{ //树枝节点
				showTree((Composite)c);
			}
		}
	}
}
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(2)透明模式

①抽象构件

public abstract class Component {
	//个体和整体都具有
	public void operation(){
		//编写业务逻辑
	}
	//增加一个叶子构件或树枝构件
	public abstract void add(Component component);
	//删除一个叶子构件或树枝构件
	public abstract void remove(Component component);
	//获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
	public abstract List<Component> getChildren();
}
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②树枝构件

public class Composite extends Component {
	//构件容器
	private ArrayList<Component> componentArrayList = new ArrayList<Component>();
	//增加一个叶子构件或树枝构件
	public void add(Component component){
		this.componentArrayList.add(component);
	}
	//删除一个叶子构件或树枝构件
	public void remove(Component component){
		this.componentArrayList.remove(component);
	}
	//获得分支下的所有叶子构件和树枝构件
	public List<Component> getChildren(){
		return this.componentArrayList;
	}
}
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③树叶构件

public class Leaf extends Component {

	public void add(Component component){
		//空实现
	}

	public void remove(Component component){
		//空实现
	}

	public List<Component> getChildren(){
		//空实现
	}
}
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④Client

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		//创建一个根节点
		Composite root = new Composite();
		root.operation();
		//创建一个树枝构件
		Composite branch = new Composite();
		//创建一个叶子节点
		Leaf leaf = new Leaf();
		//建立整体
		root.add(branch);
		branch.add(leaf);
	}

	//通过递归遍历树
	public static void showTree(Component root){
		for(Component c:root.getChildren()){
			if(c instanceof Leaf){ //叶子节点
				c.operation();
			}else{ //树枝节点
				showTree(c);
			}
		}
	}
}
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4.安全模式和透明模式的区别

  • 安全模式在抽象组件中只定义一些默认的行为或属性,它是把树枝节点和树叶节点彻底分开;透明模式是把用来组合使用的方法放到抽象类中,不管叶子对象还是树枝对象都有相同的结构,通过判断确认是叶子节点还是树枝节点,如果处理不当,这个会在运行期出现问题,不是很建议的方式。

  • 安全模式与依赖倒置原则冲突;透明模式的好处就是它基本遵循了依赖倒转原则,方便系统进行扩展。

  • 安全模式在遍历树形结构的的时候需要进行强制类型转换;在透明模式下,遍历整个树形结构是比较容易的,不用进行强制类型转换。

三、通过安全模式实现遍历小J的族谱

①抽象构件抽象族员类

public abstract class PersonMode {
	//人名
	private String name;
	//性别
	private String sex;
	//年龄
	private int age;

	public PersonMode(String name, String sex, int age) {
		this.name = name;
		this.sex = sex;
		this.age = age;
	}

	//个人信息
	public String getPersonInfo(){
		String info="姓名:"+name+"\t性别:"+sex+"\t年龄:"+age;
		return info;
	}
}
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②树叶构件

public class PersonLeaf extends PersonMode {
	//写一个构造函数
	public PersonLeaf(String name, String sex, int age) {
		super(name, sex, age);
	}
}
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③树枝构件

public class PersonBranch extends PersonMode {
	private List<PersonMode> personModeList=new ArrayList<>();

	public PersonBranch(String name, String sex, int age) {
		super(name, sex, age);
	}

	public void addPerson(PersonMode person){
		this.personModeList.add(person);
	}

	public List<PersonMode> getPersonModeList(){
		return this.personModeList;
		}
}
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④Client

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		/**
		 * 组装小J的族谱
	 	*/
		PersonBranch personBranch=getPersonInfo();
		showTree(personBranch);
	}

	private static PersonBranch getPersonInfo(){
		//第一代J
		PersonBranch OneJ=new PersonBranch("第一代J","男",150);
		//第一代J的三个儿子
		PersonBranch JA=new PersonBranch("JA","男",70);
		PersonBranch JB=new PersonBranch("JB","男",60);
		PersonBranch JC=new PersonBranch("JC","男",50);
		//JA的三个儿子
		PersonBranch JA1=new PersonBranch("JA1","男",40);
		PersonBranch JA2=new PersonBranch("JA2","男",30);
		PersonBranch JA3=new PersonBranch("JA3","男",45);
		//JB的两个儿子
		PersonBranch JB1=new PersonBranch("JB1","男",40);
		PersonBranch JB2=new PersonBranch("JB2","男",30);
		//JC的儿子小J
		PersonBranch xiao_J=new PersonBranch("xiao_J","男",20);
		//JA1三个儿子
		PersonBranch JA1_1=new PersonBranch("JA1_1","男",18);
		PersonBranch JA1_2=new PersonBranch("JA1_2","男",16);
		PersonBranch JA1_3=new PersonBranch("JA1_3","男",20);
		//JA3三个儿子
		PersonBranch JA3_1=new PersonBranch("JA3_1","男",16);
		PersonBranch JA3_2=new PersonBranch("JA3_2","男",20);
		PersonBranch JA3_3=new PersonBranch("JA3_3","男",18);

		//开始组装树状族谱
		//组装第一代J下的三个儿子
		OneJ.addPerson(JA);
		OneJ.addPerson(JB);
		OneJ.addPerson(JC);
		//组装JA的三个儿子
		JA.addPerson(JA1);
		JA.addPerson(JA2);
		JA.addPerson(JA3);
		//组装JB的两个儿子
		JB.addPerson(JB1);
		JB.addPerson(JB2);
		//组装JC的儿子
		JC.addPerson(xiao_J);
		//组装JA1的三个儿子
		JA1.addPerson(JA1_1);
		JA1.addPerson(JA1_2);
		JA1.addPerson(JA1_3);
		//组装JA3的三个儿子
		JA3.addPerson(JA3_1);
		JA3.addPerson(JA3_2);
		JA3.addPerson(JA3_3);

		return OneJ;
	}

	//通过递归遍历树
	private static void showTree(PersonBranch root){
		System.out.println(root.getPersonInfo());
		for(PersonMode c:root.getPersonModeList()){
			if(c instanceof PersonLeaf){ //叶子节点
				System.out.println(c.getPersonInfo());
			}else{ //树枝节点
				showTree((PersonBranch) c);
			}
		}
	}
}
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场景类负责树状结构的建立,并可以通过递归方式遍历整个树。

输出的结果为:

姓名:第一代J 性别:男 年龄:150
姓名:JA 性别:男 年龄:70
姓名:JA1 性别:男 年龄:40
姓名:JA1_1 性别:男 年龄:18
姓名:JA1_2 性别:男 年龄:16
姓名:JA1_3 性别:男 年龄:20
姓名:JA2 性别:男 年龄:30
姓名:JA3 性别:男 年龄:45
姓名:JA3_1 性别:男 年龄:16
姓名:JA3_2 性别:男 年龄:20
姓名:JA3_3 性别:男 年龄:18
姓名:JB 性别:男 年龄:60
姓名:JB1 性别:男 年龄:40
姓名:JB2 性别:男 年龄:30
姓名:JC 性别:男 年龄:50
姓名:xiao_J 性别:男 年龄:20
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四、组合模式优缺点

1.优点

高层模块调用简单。局部和整体对调用者来说没有任何区别,也就是说,高层模块不必关心自己处理的是单个对象还是整个组合结构,简化了高层模块的代码。

节点自由增加。使用了组合模式后,我们可以看看,如果想增加一个树枝节点、树叶节点十分简单,只要找到它的父节点就成,非常容易扩展,符合开闭原则,对以后的维护非常有利。

2.缺点

组合模式有一个非常明显的缺点,在上面的场景类可以看到树枝树叶直接使用了实现类,这在面向接口编程上是很不恰当的,与依赖倒置原则冲突,它限制了你接口的影响范围。

五、总结

只要是树形结构或者只要是要体现局部和整体的关系的时候,而且这种关系还可能比较深,,就要考虑使用组合模式。

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