没有性能瓶颈的无限级菜单树应该这样设计
本文节选自《设计模式就该这样学》
1 使用透明组合模式实现课程目录结构
以一门网络课程为例，我们设计一个课程的关系结构。比如，我们有Java入门课程、人工智能课程、Java设计模式、源码分析、软技能等，而Java设计模式、源码分析、软技能又属于Java架构师系列课程包，每个课程的定价都不一样。但是，这些课程不论怎么组合，都有一些共性，而且是整体和部分的关系，可以用组合模式来设计。首先创建一个顶层的抽象组件CourseComponent类。
/**
* Created by Tom.
*/
public abstract class CourseComponent {
public void addChild(CourseComponent catalogComponent){
throw new UnsupportedOperationException("不支持添加操作");
}
public void removeChild(CourseComponent catalogComponent){
throw new UnsupportedOperationException("不支持删除操作");
}
public String getName(CourseComponent catalogComponent){
throw new UnsupportedOperationException("不支持获取名称操作");
}
public double getPrice(CourseComponent catalogComponent){
throw new UnsupportedOperationException("不支持获取价格操作");
}
public void print(){
throw new UnsupportedOperationException("不支持打印操作");
}
}
把所有可能用到的方法都定义到这个顶层的抽象组件中，但是不写任何逻辑处理的代码，而是直接抛异常。这里，有些小伙伴会有疑惑，为什么不用抽象方法？因为用了抽象方法，其子类就必须实现，这样便体现不出各子类的细微差异。所以子类继承此抽象类后，只需要重写有差异的方法覆盖父类的方法即可。
然后分别创建课程Course类和课程包CoursePackage类。创建Course类的代码如下。
/**
* Created by Tom.
*/
public class Course extends CourseComponent {
private String name;
private double price;
public Course(String name, double price) {
this.name = name;
this.price = price;
}
@Override
public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
return this.name;
}
@Override
public double getPrice(CourseComponent catalogComponent) {
return this.price;
}
@Override
public void print() {
System.out.println(name + " (￥" + price + "元)");
}
}
创建CoursePackage类的代码如下。
/**
* Created by Tom.
*/
public class CoursePackage extends CourseComponent {
private List<CourseComponent> items = new ArrayList<CourseComponent>();
private String name;
private Integer level;
public CoursePackage(String name, Integer level) {
this.name = name;
this.level = level;
}
@Override
public void addChild(CourseComponent catalogComponent) {
items.add(catalogComponent);
}
@Override
public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
return this.name;
}
@Override
public void removeChild(CourseComponent catalogComponent) {
items.remove(catalogComponent);
}
@Override
public void print() {
System.out.println(this.name);
for(CourseComponent catalogComponent : items){
//控制显示格式
if(this.level != null){
for(int i = 0; i < this.level; i ++){
//打印空格控制格式
System.out.print(" ");
}
for(int i = 0; i < this.level; i ++){
//每一行开始打印一个+号
if(i == 0){ System.out.print("+"); }
System.out.print("-");
}
}
//打印标题
catalogComponent.print();
}
}
}
最后编写客户端测试代码。
public static void main(String[] args) {
System.out.println("============透明组合模式===========");
CourseComponent javaBase = new Course("Java入门课程",8280);
CourseComponent ai = new Course("人工智能",5000);
CourseComponent packageCourse = new CoursePackage("Java架构师课程",2);
CourseComponent design = new Course("Java设计模式",1500);
CourseComponent source = new Course("源码分析",2000);
CourseComponent softSkill = new Course("软技能",3000);
packageCourse.addChild(design);
packageCourse.addChild(source);
packageCourse.addChild(softSkill);
CourseComponent catalog = new CoursePackage("课程主目录",1);
catalog.addChild(javaBase);
catalog.addChild(ai);
catalog.addChild(packageCourse);
catalog.print();
}
运行结果如下图所示。
透明组合模式把所有公共方法都定义在 Component 中，这样客户端就不需要区分操作对象是叶子节点还是树枝节点；但是，叶子节点会继承一些它不需要（管理子类操作的方法）的方法，这与设计模式的接口隔离原则相违背。
2 使用安全组合模式实现无限级文件系统
再举一个程序员更熟悉的例子。对于程序员来说，电脑是每天都要接触的。电脑的文件系统其实就是一个典型的树形结构，目录包含文件夹和文件，文件夹里面又可以包含文件夹和文件。下面用代码来实现一个目录系统。
文件系统有两个大的层次：文件夹和文件。其中，文件夹能容纳其他层次，为树枝节点；文件是最小单位，为叶子节点。由于目录系统层次较少，且树枝节点（文件夹）结构相对稳定，而文件其实可以有很多类型，所以我们选择使用安全组合模式来实现目录系统，可以避免为叶子节点类型（文件）引入冗余方法。首先创建顶层的抽象组件Directory类。
public abstract class Directory {
protected String name;
public Directory(String name) {
this.name = name;
}
public abstract void show();
}
然后分别创建File类和Folder类。创建File类的代码如下。
public class File extends Directory {
public File(String name) {
super(name);
}
@Override
public void show() {
System.out.println(this.name);
}
}
创建Folder类的代码如下。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Folder extends Directory {
private List<Directory> dirs;
private Integer level;
public Folder(String name,Integer level) {
super(name);
this.level = level;
this.dirs = new ArrayList<Directory>();
}
@Override
public void show() {
System.out.println(this.name);
for (Directory dir : this.dirs) {
//控制显示格式
if(this.level != null){
for(int i = 0; i < this.level; i ++){
//打印空格控制格式
System.out.print(" ");
}
for(int i = 0; i < this.level; i ++){
//每一行开始打印一个+号
if(i == 0){ System.out.print("+"); }
System.out.print("-");
}
}
//打印名称
dir.show();
}
}
public boolean add(Directory dir) {
return this.dirs.add(dir);
}
public boolean remove(Directory dir) {
return this.dirs.remove(dir);
}
public Directory get(int index) {
return this.dirs.get(index);
}
public void list(){
for (Directory dir : this.dirs) {
System.out.println(dir.name);
}
}
}
注意，Folder类不仅覆盖了顶层的show()方法，还增加了list()方法。
最后编写客户端测试代码。
public static void main(String[] args) {
System.out.println("============安全组合模式===========");
File qq = new File("QQ.exe");
File wx = new File("微信.exe");
Folder office = new Folder("办公软件",2);
File word = new File("Word.exe");
File ppt = new File("PowerPoint.exe");
File excel = new File("Excel.exe");
office.add(word);
office.add(ppt);
office.add(excel);
Folder wps = new Folder("金山软件",3);
wps.add(new File("WPS.exe"));
office.add(wps);
Folder root = new Folder("根目录",1);
root.add(qq);
root.add(wx);
root.add(office);
System.out.println("----------show()方法效果-----------");
root.show();
System.out.println("----------list()方法效果-----------");
root.list();
}
运行结果如下图所示。
安全组合模式的好处是接口定义职责清晰，符合设计模式的单一职责原则和接口隔离原则；缺点是客户需要区分树枝节点和叶子节点，这样才能正确处理各个层次的操作，客户端无法依赖抽象接口（Component），违背了设计模式的依赖倒置原则。
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