【设计模式最终总结】组合模式:树形结构的处理
组合模式概述
组合模式为处理树形结构提供了一种较为完美的解决方案,它描述了如何将容器和叶子进行递归组合,使得用户在使用时无须对它们进行区分,可以一致地对待容器(包含子节点的节点)和叶子(不包含子节点的节点)。
常用到组合模式的场景:操作系统中的目录结构、应用软件中的菜单、办公系统中的公司组织结构等等。凡是遇到XXX,子XXX的这种结构,就可以考虑组合模式。
组合模式(Composite Pattern):组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层次结构。组合模式对单个对象(即叶子对象)和组合对象(即容器对象)的使用具有一致性,组合模式又可以称为“整体—部分”(Part-Whole)模式,它是一种对象结构型模式。
组合模式结构图
在组合模式结构图中包含如下几个角色:
● Component(抽象构件):它可以是接口或抽象类,为叶子构件和容器构件对象声明接口,在该角色中可以包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象构件中定义了访问及管理它的子构件的方法,如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。
● Leaf(叶子构件):它在组合结构中表示叶子节点对象,叶子节点没有子节点,它实现了在抽象构件中定义的行为。对于那些访问及管理子构件的方法,可以通过异常等方式进行处理。
● Composite(容器构件):它在组合结构中表示容器节点对象,容器节点包含子节点,其子节点可以是叶子节点,也可以是容器节点,它提供一个集合用于存储子节点,实现了在抽象构件中定义的行为,包括那些访问及管理子构件的方法,在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。
组合模式的关键是定义了一个抽象构件类,它既可以代表叶子,又可以代表容器,而客户端针对该抽象构件类进行编程,无须知道它到底表示的是叶子还是容器,可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系,在容器对象中既可以包含叶子,也可以包含容器,以此实现递归组合,形成一个树形结构。
对于某些场景,或许并不需要Leaf,最后的节点也是个容器,比如不负责员工信息的部门树、xml、yml文件解析
透明组合模式与安全组合模式
其实这里有个问题:add、remove和getChild在Leaf里并没有用,也无法实现,甚至在add和remove的时候需要抛出异常。但为每种叶子节点做这种操作又不合适,所以可以抽象一个叶子节点,或者作为抽象构建的默认实现,容器构建覆盖之。
但这种做法仍然不好,因为这几个方法其实就是容器构建所有的,我们直接把他们直接从抽象构移到容器构建岂不是更合理?这也是一种解决方法。只是这时在构建的时候就需要直接使用叶子节点而不是抽象构建了。
前面的使用方式是透明组合模式,后面的叫不透明组合模式,也叫安全组合模式,因为不会再Leaf上调用到会报异常的方法。
结构图如下:
(1) 透明组合模式
(2) 安全组合模式
组合模式总结
组合模式使用面向对象的思想来实现树形结构的构建与处理,描述了如何将容器对象和叶子对象进行递归组合,实现简单,灵活性好。由于在软件开发中存在大量的树形结构,因此组合模式是一种使用频率较高的结构型设计模式,Java SE中的AWT和Swing包的设计就基于组合模式,在这些界面包中为用户提供了大量的容器构件(如Container)和成员构件(如Checkbox、Button和TextComponent等)。
除此以外,在XML解析、组织结构树处理、文件系统设计等领域,组合模式都得到了广泛应用。
1. 主要优点
组合模式的主要优点如下:
(1) 组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象,表示对象的全部或部分层次,它让客户端忽略了层次的差异,方便对整个层次结构进行控制。
(2) 客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象,不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构,简化了客户端代码。
(3) 在组合模式中增加新的容器构件和叶子构件都很方便,无须对现有类库进行任何修改,符合“开闭原则”。
(4) 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案,通过叶子对象和容器对象的递归组合,可以形成复杂的树形结构,但对树形结构的控制却非常简单。
2. 主要缺点
组合模式的主要缺点如下:
在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制。有时候我们希望一个容器中只能有某些特定类型的对象,例如在某个文件夹中只能包含文本文件,使用组合模式时,不能依赖类型系统来施加这些约束,因为它们都来自于相同的抽象层,在这种情况下,必须通过在运行时进行类型检查来实现,这个实现过程较为复杂。
3. 适用场景
在以下情况下可以考虑使用组合模式:
(1) 在具有整体和部分的层次结构中,希望通过一种方式忽略整体与部分的差异,客户端可以一致地对待它们。
(2) 在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构。
(3) 在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象,而且它们的类型不固定,需要增加一些新的类型。
参考
树形结构的处理——组合模式(一):设计杀毒软件的框架结构
树形结构的处理——组合模式(二):组合模式概述
树形结构的处理——组合模式(三):杀毒软件的框架结构的组合模式解决方案
树形结构的处理——组合模式(四):透明组合模式与安全组合模式
树形结构的处理——组合模式(五):公司组织结构,组合模式总结