3.设计模式-结构-组合模式（设计模式组合和聚合）

组合模式（Composite Pattern）

定义

组合模式是一种结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式允许客户端以一致的方式处理单个对象和对象组合，即无论是处理单个对象，还是整个对象组合，客户端都可以使用相同的接口。

核心思想

核心思想是通过递归组合对象，使得树形结构中的每个节点都可以统一地被处理。这个模式特别适用于需要以层次结构表示对象的系统，如文件系统、组织架构等。

组成部分

1. Component（抽象组件）：定义组合对象和单个对象的接口，声明了一些公共操作，如添加、删除子对象等。
2. Leaf（叶子节点）：表示树的叶节点，没有子节点。实现 Component 接口的操作，但不支持子对象的管理。
3. Composite（组合节点）：表示树的分支节点，持有子节点的集合，实现 Component 接口的操作，支持对子节点的管理。

类图示例

     +------------------+
    |   Component       |
    +------------------+
    | + operation()     |
    | + add(Component)  |
    | + remove(Component)|
    | + getChild(int)   |
    +------------------+
           ^
           |
    +------------------+
    |      Leaf         |
    +------------------+
    | + operation()     |
    +------------------+
           ^
           |
    +------------------+
    |   Composite       |
    +------------------+
    | - children: List<Component> |
    | + operation()     |
    | + add(Component)  |
    | + remove(Component)|
    | + getChild(int)   |
    +------------------+

类图解释

• Component：定义了一个接口，表示组合对象和叶子对象的共同操作。
• Leaf：叶子节点，它没有子节点，直接实现 Component 的操作。
• Composite：组合节点，它包含子节点的集合，并实现 Component 的操作，可以对其子节点进行添加、删除、获取等操作。

代码示例

以下是一个简单的组合模式的实现代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 抽象组件
interface Component {
    void operation();
}

// 叶子节点
class Leaf implements Component {
    private String name;

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

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Leaf " + name + " operation");
    }
}

// 组合节点
class Composite implements Component {
    private List<Component> children = new ArrayList<>();

    @Override
    public void operation() {
        for (Component child : children) {
            child.operation();
        }
    }

    public void add(Component component) {
        children.add(component);
    }

    public void remove(Component component) {
        children.remove(component);
    }

    public Component getChild(int index) {
        return children.get(index);
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建叶子节点
        Leaf leaf1 = new Leaf("A");
        Leaf leaf2 = new Leaf("B");

        // 创建组合节点
        Composite composite = new Composite();
        composite.add(leaf1);
        composite.add(leaf2);

        // 创建根节点并添加组合节点
        Composite root = new Composite();
        root.add(composite);
        root.operation();  // 输出: Leaf A operation, Leaf B operation
    }
}

使用场景

组合模式适用于以下场景：

1. 需要表示树形结构：在需要处理树形结构数据的系统中，组合模式可以将单个对象和组合对象以统一的方式处理。
2. 需要一致性地对待对象和组合：当系统中需要客户端统一处理简单对象和复杂组合对象时，组合模式可以简化代码，提高灵活性。

优点

• 统一处理简单和复杂元素：组合模式允许客户端以一致的方式处理单个对象和对象组合，无需区分它们的具体类型。
• 简化客户端代码：客户端代码可以不必关心处理的是单个对象还是对象组合，从而简化了代码逻辑。
• 易于扩展：添加新的叶子节点或组合节点只需要扩展 Component 接口即可，遵循开闭原则。

缺点

• 复杂性增加：在处理层次结构非常复杂的场景时，组合模式可能会增加系统的复杂性。
• 对子节点的管理要求较高：组合节点需要管理其子节点，这可能会增加代码的复杂度。

总结

组合模式通过将对象组合成树形结构，使得客户端可以统一处理简单对象和复杂组合对象，特别适用于需要表示部分-整体层次结构的场景。通过统一接口，组合模式提高了系统的灵活性、可扩展性和可维护性，但在复杂场景下也可能带来额外的复杂性。