Java设计模式之组合模式（Composite Pattern）设计模式

介绍组合模式是一种结构型设计模式。它一般是用来创建树状的结构，表示“部分-整体”的层次关系。由于该模式使用的是对象组合的方式来实现的，区别于继承的方式，因此也叫做合成模式。先来看一下它的定义：

Compose objects into tree structures to represent part-whole hierarchies. Composite lets clients treat individual objects and compositions of objects uniformly.

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。

组合模式主要包括三种角色：

Componet抽象构件角色。定义对象的框架，可以在其中实现通用的方法、定义类的属性等等，单个对象和组合对象都要继承它。
Leaf叶子组件。相当于树状结构中的叶子，是结构的最下层，下面没有其他组件。
Composite树枝组件。相当于树状结构的分枝节点，下面有其他树枝组件或叶子组件，它相当于一个容器，包含下面的各个组件，是其下各个组件的父亲。

有了这三种角色就可以实现组合模式。组合模式的应用有很多，最常见的是我们的文件系统，一个文件夹下面可以有很多其他的文件夹，并且还可以有很多文件，这里的文件夹就相当于我们的树枝组件（容器），而文件就相当于叶子组件（不会包含其他组件）。
组合模式有两种不同的实现：安全模式和透明模式。从名字就可以看出来，安全模式比透明模式更安全。其实安全模式是通过将树枝和树叶组件分开定义来实现其安全性的，而透明模式是不区分的。下面来具体介绍组合模式。
注：在透明模式的实现中，树枝的方法放到了抽象构件中，因此透明模式实现的组合模式只有两种角色。
安全模式拿我们的文件系统举例，这里需要二者的抽象构件：

public abstract class FileSystem { protected String fileName = ""; public FileSystem(String fileName) { this.fileName = fileName; } }

然后定义我们的树枝和树叶组件，也就是我们的文件夹和文件：
文件夹：

public class Folder extends FileSystem { private List fileList = new ArrayList<>(); public Folder(String fileName) { super(fileName); } //新建文件夹或文件。 public void add(FileSystem fileSystem) { this.fileList.add(fileSystem); } //删除文件夹或文件。 public void remove(FileSystem fileSystem) { this.fileList.remove(fileSystem); } //获得下面的所有文件、文件夹信息。 public List getChildren() { return this.fileList; } @Override public String toString() { String name = "文件夹名：" + this.fileName + "\n"; for (FileSystem fileSystem : fileList) { name = name + fileSystem; } return name; } }

文件：

public class File extends FileSystem { public File(String fileName) { super(fileName); } @Override public String toString() { return "文件名：" + this.fileName + "\n"; } }

最后，三种组件都定义好后，就可以开始我们的测试了：

public static void main(String[] args) { Folder root = new Folder("我的电脑"); Folder branch = new Folder("我的图片"); File leaf = new File("图片.jpg"); root.add(branch); branch.add(leaf); display(root); } public static void display(Folder root) { for (FileSystem fileSystem : root.getChildren()) { System.out.println(fileSystem); } }

输出结果：

文件夹名：我的图片
文件名：图片.jpg

这就是安全模式实现的组合模式，它通过将树枝和树叶分开定义来保证系统的安全性。
透明模式透明模式是将安全模式中具体类中的方法放到了抽象类中，例如 add() 方法、 remove()方法和 getChildren() 方法等。来看我们更改后的代码：
抽象构件：

public abstract class FileSystem { protected List fileList = new ArrayList<>(); protected String fileName = ""; public FileSystem(String fileName) { this.fileName = fileName; } //新建文件夹或文件。 public void add(FileSystem fileSystem) { this.fileList.add(fileSystem); } //删除文件夹或文件。 public void remove(FileSystem fileSystem) { this.fileList.remove(fileSystem); } //获得下面的所有文件、文件夹信息。 public List getChildren() { return this.fileList; } @Override public String toString() { String name = "文件夹名：" + this.fileName + "\n"; for (FileSystem fileSystem : fileList) { name = name + fileSystem; } return name; } }

文件夹和文件是相同的：

public class File extends FileSystem { public File(String fileName) { super(fileName); } //透明模式。 @Override public String toString() { String name = "文件夹名：" + this.fileName + "\n"; for (FileSystem fileSystem : this.fileList) { name = name + fileSystem; } return name; } }

最后的测试代码，与安全模式稍有不同：

public static void main(String[] args) { File root = new File("我的电脑"); File branch = new File("我的图片"); File leaf = new File("图片.jpg"); root.add(branch); branch.add(leaf); display(root); } public static void display(FileSystem root) { for (FileSystem fileSystem : root.getChildren()) { System.out.println(fileSystem); } }

输出结果：

文件夹名：我的图片
文件夹名：图片.jpg

可以看到，该模式中的树枝组件和树叶组件结构是一样的，这样就比安全模式少了一个实现类。但这样就会出现一个问题，由于叶子组件是不能使用这些方法的，但是方法放在抽象类中的话，它就可以使用了。这就会造成潜在的危险。虽然叶子组件可以在这些方法可以重写，但并没有什么必要，因此这里还是建议使用安全模式来实现组合模式。
总结组合模式在创建数据库系统等复杂的对象时，是非常合适的，尤其是树形结构的对象。它的优点有两点：