組合模式
定義：将對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構，使用戶端對單個對象群組合對象保持一緻的方式處理
類型：結構型
适用場景：
- 希望用戶端可以忽略組合對象與單個對象的差異時
- 處理一個樹形結構時
優點：
- 清楚地定義分層次的負責對象，表示對象的全部或部分層次
- 讓用戶端忽略了層次的差異，友善對整個層次結構進行控制
- 簡化用戶端的代碼
- 符合開閉原則
缺點：
- 限制類型時會比較複雜
- 使設計變得更加抽象
組合模式擴充說明：
合成模式的實作根據所實作接口的差別分為兩種形式，分别稱為安全式和透明式。
示例
- 檔案系統就是典型的組合模式，如下圖是window系統D盤符下的部分目錄組織結構，紅橙色的是目錄，淺綠色的是檔案，這裡目錄和檔案是可以看成是同一種對象對待
合成模式可以不提供父對象的管理方法，但是合成模式必須在合适的地方提供子對象的管理方法，諸如：add()、remove()、以及getChild()等
安全式合成模式
安全模式的合成模式要求管理聚集的方法隻出現在樹枝構件類中，而不出現在樹葉構件類中
抽象構件(Component)角色：這是一個抽象角色，它給參加組合的對象定義出公共的接口及其預設行為，可以用來管理所有的子對象。合成對象通常把它所包含的子對象當做類型為Component的對象。在安全式的合成模式裡，構件角色并不定義出管理子對象的方法，這一定義由樹枝構件對象給出。
樹葉構件(Leaf)角色：樹葉對象是沒有下級子對象的對象，定義出參加組合的原始對象的行為。
樹枝構件(Composite)角色：代表參加組合的有下級子對象的對象。樹枝構件類給出所有的管理子對象的方法，如add()、remove()以及getChild()。
- 安全式合成模式代碼：
/**
* 抽象構件角色類
*/
public interface Component {
/**
* 輸出元件的名稱
* @param preStr
*/
void printStruct(String preStr);
}
/**
* 樹枝構件角色類(目錄）
*/
public class Composite implements Component {
/**
* 存儲組合對象中包含的子元件的對象（可能是目錄也可能是檔案）
*/
private List<Component> childComponents = new ArrayList<>();
/**
* 組合對象的名稱
*/
private String name;
/**
* 構件名稱
* @param name
*/
public Composite(String name) {
this.name = name;
}
/**
* 輸出對象的自身結構
* @param preStr 字首，主要是按照層級拼接空格，實作向後縮進
*/
@Override
public void printStruct(String preStr) {
// 先把自己輸出
System.out.println(preStr + "+" + this.name);
//如果還包含有子元件，那麼就輸出這些子元件對象
if(this.childComponents != null){
//添加兩個空格，表示向後縮進兩個空格
preStr += " ";
//輸出目前對象的子對象
for(Component c : childComponents){
//遞歸輸出每個子對象
c.printStruct(preStr);
}
}
}
/**
* 聚集管理方法，增加一個子構件對象
* @param child 子構件對象
*/
public void addChild(Component child){
childComponents.add(child);
}
/**
* 聚集管理方法，删除一個子構件對象
* @param index 子構件對象的下标
*/
public void removeChild(int index){
childComponents.remove(index);
}
/**
* 聚集管理方法，傳回所有子構件對象
*/
public List<Component> getChild(){
return childComponents;
}
}
/**
* 葉子構件
*/
public class Leaf implements Component {
/**
* 葉子對象的名字
*/
private String name;
/**
* 構造方法，傳入葉子對象的名稱
* @param name 葉子對象的名字
*/
public Leaf(String name){
this.name = name;
}
/**
* 輸出葉子對象的結構，葉子對象沒有子對象，也就是輸出葉子對象的名字
* @param preStr 字首，主要是按照層級拼接的空格，實作向後縮進
*/
@Override
public void printStruct(String preStr) {
System.out.println(preStr + "-" + name);
}
}
/**
* 安全模式（用戶端）
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Composite root = new Composite("D盤");
Composite favoriteDir = new Composite("收藏夾");
Composite picDir = new Composite("圖檔");
picDir.addChild(new Leaf("美女1.png"));
picDir.addChild(new Leaf("美女2.png"));
Composite workDir = new Composite("工作");
workDir.addChild(new Leaf("需求文檔.doc"));
Composite learningDir = new Composite("學習");
learningDir.addChild(new Leaf("Java筆記.md"));
learningDir.addChild(new Leaf("資料庫筆記.doc"));
root.addChild(favoriteDir);
root.addChild(workDir);
root.addChild(learningDir);
root.addChild(picDir);
root.addChild(new Leaf("log.txt"));
//錯誤示範
//Leaf leaf = new Leaf("test.txt");
//leaf.addChild(new Leaf("log.txt"))//報錯，編譯不通過,安全模式下不會出現錯誤調用
//輸出整個目錄結構
root.printStruct("");
}
}
+D盤
+收藏夾
+工作
-需求文檔.doc
+學習
-Java筆記.md
-資料庫筆記.doc
+圖檔
-美女1.png
-美女2.png
-log.txt
可以看出，樹枝構件類(Composite)給出了addChild()、removeChild()以及getChild()等方法的聲明和實作，而樹葉構件類則沒有給出這些方法的聲明或實作。這樣的做法是安全的，由于這個特點，用戶端應用程式不可能錯誤地調用樹葉構件的聚集方法，因為樹葉構件沒有這些方法，調用會導緻編譯錯誤。但是，這種安全模式卻有違背組合模式原本的定義，使用戶端對單個對象群組合對象保持一緻的方式處理
透明式合成模式
- 與安全式的合成模式不同的是，透明式的合成模式要求所有的具體構件類，不論樹枝構件還是樹葉構件，均符合一個固定接口
- 透明合成模式代碼
/**
* 抽象構件角色類
*/
public abstract class Component {
/**
* 輸出元件自身的名稱
*/
public abstract void printStruct(String preStr);
/**
* 聚集管理方法，增加一個子構件對象
* @param child 子構件對象
*/
public void addChild(Component child){
/**
* 預設實作，抛出異常，因為葉子對象沒有此功能
* 或者子元件沒有實作這個功能
*/
throw new UnsupportedOperationException("對象不支援此功能");
}
/**
* 聚集管理方法，删除一個子構件對象
* @param index 子構件對象的下标
*/
public void removeChild(int index){
/**
* 預設實作，抛出異常，因為葉子對象沒有此功能
* 或者子元件沒有實作這個功能
*/
throw new UnsupportedOperationException("對象不支援此功能");
}
/**
* 聚集管理方法，傳回所有子構件對象
*/
public List<Component> getChild(){
/**
* 預設實作，抛出異常，因為葉子對象沒有此功能
* 或者子元件沒有實作這個功能
*/
throw new UnsupportedOperationException("對象不支援此功能");
}
}
/**
* 樹枝構件角色類，此類将implements Conponent改為extends Conponent，其他地方無變化
*/
public class Composite extends Component {
/**
* 用來存儲組合對象中包含的子元件對象
*/
private List<Component> childComponents = new ArrayList<Component>();
/**
* 組合對象的名字
*/
private String name;
/**
* 構造方法，傳入組合對象的名字
* @param name 組合對象的名字
*/
public Composite(String name){
this.name = name;
}
/**
* 聚集管理方法，增加一個子構件對象
* @param child 子構件對象
*/
public void addChild(Component child){
childComponents.add(child);
}
/**
* 聚集管理方法，删除一個子構件對象
* @param index 子構件對象的下标
*/
public void removeChild(int index){
childComponents.remove(index);
}
/**
* 聚集管理方法，傳回所有子構件對象
*/
public List<Component> getChild(){
return childComponents;
}
/**
* 輸出對象的自身結構
* @param preStr 字首，主要是按照層級拼接空格，實作向後縮進
*/
@Override
public void printStruct(String preStr) {
// 先把自己輸出
System.out.println(preStr + "+" + this.name);
//如果還包含有子元件，那麼就輸出這些子元件對象
if(this.childComponents != null){
//添加兩個空格，表示向後縮進兩個空格
preStr += " ";
//輸出目前對象的子對象
for(Component c : childComponents){
//遞歸輸出每個子對象
c.printStruct(preStr);
}
}
}
}
/**
* 樹葉構件角色類，此類将implements Conponent改為extends Conponent，其他地方無變化
*/
public class Leaf extends Component {
/**
* 葉子對象的名字
*/
private String name;
/**
* 構造方法，傳入葉子對象的名稱
* @param name 葉子對象的名字
*/
public Leaf(String name){
this.name = name;
}
/**
* 輸出葉子對象的結構，葉子對象沒有子對象，也就是輸出葉子對象的名字
* @param preStr 字首，主要是按照層級拼接的空格，實作向後縮進
*/
@Override
public void printStruct(String preStr) {
System.out.println(preStr + "-" + name);
}
}
/**
* 透明模式（用戶端）
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Component root = new Composite("D盤");
Component favoriteDir = new Composite("收藏夾");
Component picDir = new Composite("圖檔");
picDir.addChild(new Leaf("美女1.png"));
picDir.addChild(new Leaf("美女2.png"));
Component workDir = new Composite("工作");
workDir.addChild(new Leaf("需求文檔.doc"));
Component learningDir = new Composite("學習");
learningDir.addChild(new Leaf("Java筆記.md"));
learningDir.addChild(new Leaf("資料庫筆記.doc"));
root.addChild(favoriteDir);
root.addChild(workDir);
root.addChild(learningDir);
root.addChild(picDir);
root.addChild(new Leaf("log.txt"));
//Component leaf = new Leaf("test");
//leaf.addChild(new Leaf("log.txt"));//編譯通過,運作報錯
root.printStruct("");
}
}
可以看出，用戶端無需再區分操作的是樹枝對象(Composite)還是樹葉對象(Leaf)了；對于用戶端而言，操作的都是Component對象。
總結
這裡所說的安全性組合模式是指：從用戶端使用合成模式上看是否更安全，如果是安全的，那麼就不會有發生誤操作的可能，能通路的方法都是被支援的。
這裡所說的透明性組合模式是指：從用戶端使用合成模式上，是否需要區分到底是“樹枝對象”還是“樹葉對象”。如果是透明的，那就不用區分，對于客戶而言，都是Compoent對象，具體的類型對于用戶端而言是透明的，是無須關心的。
對于合成模式而言，在安全性和透明性上，會更看重透明性，畢竟合成模式的目的是：讓用戶端不再區分操作的是樹枝對象還是樹葉對象，而是以一個統一的方式來操作。
而且對于安全性的實作，需要區分是樹枝對象還是樹葉對象。有時候，需要将對象進行類型轉換，卻發現類型資訊丢失了，隻好強行轉換，這種類型轉換必然是不夠安全的。是以在使用合成模式的時候，建議多采用透明性的實作方式
相關的設計模式
- 組合模式和通路者模式
可以使用通路者模式來通路組合模式中的遞歸結構
使用典範
- java.awt.Container
- java.util.HashMap#putAll
- Java.util.ArrayList#addAll
- org.apache.ibatis.scripting.xmltags.SqlNode/org.apache.ibatis.scripting.xmltags.MixedSqlNode
參考
- 設計模式：組合模式（Composite）
- java模式之合成模式-主要參考文章，推薦閱讀