49、组合模式
1、组合模式的原理与实现
在 GoF 的《设计模式》一书中，组合模式是这样定义的
Compose objects into tree structure to represent part-whole hierarchies.
Composite lets client treat individual objects and compositions of objects uniformly.
翻译成中文就是：将一组对象组织（Compose）成树形结构，以表示一种 "部分 - 整体" 的层次结构
组合让客户端（在很多设计模式书籍中，"客户端" 代指代码的使用者）可以统一单个对象和组合对象的处理逻辑
1.1、示例
假设我们有这样一个需求：设计一个类来表示文件系统中的目录，能方便地实现下面这些功能
- 动态地添加、删除某个目录下的子目录或文件
- 统计指定目录下的文件个数
- 统计指定目录下的文件总大小
在下面的代码实现中，我们把文件和目录统一用 FileSystemNode 类来表示，并且通过 isFile 属性来区分
public class FileSystemNode {
private String path;
private boolean isFile;
private List<FileSystemNode> subNodes = new ArrayList<>();
public FileSystemNode(String path, boolean isFile) {
this.path = path;
this.isFile = isFile;
}
// 统计指定目录下的文件个数
public int countNumOfFiles() {
if (isFile) return 1;
int numOfFiles = 0;
for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
numOfFiles += fileOrDir.countNumOfFiles();
}
return numOfFiles;
}
// 统计指定目录下的文件总大小
public long countSizeOfFiles() {
if (isFile) {
File file = new File(path);
if (!file.exists()) return 0;
return file.length();
}
long sizeofFiles = 0;
for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
sizeofFiles += fileOrDir.countSizeOfFiles();
}
return sizeofFiles;
}
public String getPath() {
return path;
}
public void addSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
subNodes.add(fileOrDir);
}
public void removeSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
int size = subNodes.size();
int i;
for (i = 0; i < size; i++) {
if (subNodes.get(i).getPath().equalsIgnoreCase(fileOrDir.getPath())) {
break;
}
}
if (i < size) subNodes.remove(i);
}
}
1.2、重构
单纯从功能实现角度来说，上面的代码没有问题，已经实现了我们想要的功能
但是如果我们开发的是一个大型系统，从扩展性（文件或目录可能会对应不同的操作）、业务建模（文件和目录从业务上是两个概念）、代码的可读性（文件和目录区分对待更加符合人们对业务的认知）的角度来说，我们最好对文件和目录进行区分设计，定义为 File 和 Directory 两个类
按照这个设计思路，我们对代码进行重构，重构之后的代码如下所示
public abstract class FileSystemNode {
protected String path;
public FileSystemNode(String path) {
this.path = path;
}
public abstract int countNumOfFiles();
public abstract long countSizeOfFiles();
public String getPath() {
return path;
}
}
public class File extends FileSystemNode {
public File(String path) {
super(path);
}
@Override
public int countNumOfFiles() {
return 1;
}
@Override
public long countSizeOfFiles() {
File file = new File(path);
if (!file.exists()) return 0;
return file.length();
}
}
public class Directory extends FileSystemNode {
private List<FileSystemNode> subNodes = new ArrayList<>();
public Directory(String path) {
super(path);
}
@Override
public int countNumOfFiles() {
int numOfFiles = 0;
for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
numOfFiles += fileOrDir.countNumOfFiles();
}
return numOfFiles;
}
@Override
public long countSizeOfFiles() {
long sizeofFiles = 0;
for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
sizeofFiles += fileOrDir.countSizeOfFiles();
}
return sizeofFiles;
}
public void addSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
subNodes.add(fileOrDir);
}
public void removeSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
int size = subNodes.size();
int i;
for (i = 0; i < size; i++) {
if (subNodes.get(i).getPath().equalsIgnoreCase(fileOrDir.getPath())) {
break;
}
}
if (i < size) subNodes.remove(i);
}
}
1.3、使用
文件和目录类都设计好了，我们来看如何用它们来表示一个文件系统中的目录树结构
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
/*
* /wz/a.txt
* /wz/b.txt
* /wz/movies/c.avi
* /xzg/docs/d.txt
*/
Directory fileSystemTree = new Directory("/");
Directory node_wz = new Directory("/wz/");
Directory node_xzg = new Directory("/xzg/");
fileSystemTree.addSubNode(node_wz);
fileSystemTree.addSubNode(node_xzg);
File node_wz_a = new File("/wz/a.txt");
File node_wz_b = new File("/wz/b.txt");
Directory node_wz_movies = new Directory("/wz/movies/");
node_wz.addSubNode(node_wz_a);
node_wz.addSubNode(node_wz_b);
node_wz.addSubNode(node_wz_movies);
File node_wz_movies_c = new File("/wz/movies/c.avi");
node_wz_movies.addSubNode(node_wz_movies_c);
Directory node_xzg_docs = new Directory("/xzg/docs/");
node_xzg.addSubNode(node_xzg_docs);
File node_xzg_docs_d = new File("/xzg/docs/d.txt");
node_xzg_docs.addSubNode(node_xzg_docs_d);
System.out.println("/ files num:" + fileSystemTree.countNumOfFiles());
System.out.println("/wz/ files num:" + node_wz.countNumOfFiles());
}
}
我们对照着这个例子再重新看一下组合模式的定义
将一组对象（文件和目录）组织成树形结构，以表示一种 "部分 - 整体" 的层次结构（目录与子目录的嵌套结构）
组合模式让客户端可以统一单个对象（文件）和组合对象（目录）的处理逻辑（递归遍历）
刚才讲的这种组合模式的设计思路，与其说是一种设计模式，倒不如说是对业务场景的一种数据结构和算法的抽象
其中数据可以表示成树这种数据结构，业务需求可以通过在树上的递归遍历算法来实现
2、组合模式的应用场景举例
刚刚我们讲了文件系统的例子，对于组合模式，我这里再举一个例子，搞懂了这两个例子，你基本上就算掌握了组合模式
在实际的项目中，遇到类似的可以表示成树形结构的业务场景，你只要 "照葫芦画瓢" 去设计就可以了
假设我们在开发一个 OA 系统（办公自动化系统），公司的组织结构包含部门和员工两种数据类型，其中部门又可以包含子部门和员工
在数据库中的表结构如下所示
我们希望在内存中构建整个公司的人员架构图（部门、子部门、员工的隶属关系），并且提供接口计算出部门的薪资成本（隶属于这个部门的所有员工的薪资和）
- 部门包含子部门和员工，这是一种嵌套结构，可以表示成树这种数据结构
- 计算每个部门的薪资开支这样一个需求，也可以通过在树上的遍历算法来实现
- 所以从这个角度来看，这个应用场景可以使用组合模式来设计和实现
这个例子的代码结构跟上一个例子的很相似，代码实现我直接贴在了下面，你可以对比着看一下
- HumanResource 是部门类（Department）和员工类（Employee）抽象出来的父类，为的是能统一薪资的处理逻辑
- Demo 中的代码负责从数据库中读取数据并在内存中构建组织架构图
public abstract class HumanResource {
protected long id;
protected double salary;
public HumanResource(long id) {
this.id = id;
}
public long getId() {
return id;
}
public abstract double calculateSalary();
}
public class Employee extends HumanResource {
public Employee(long id, double salary) {
super(id);
this.salary = salary;
}
@Override
public double calculateSalary() {
return salary;
}
}
public class Department extends HumanResource {
private List<HumanResource> subNodes = new ArrayList<>();
public Department(long id) {
super(id);
}
@Override
public double calculateSalary() {
double totalSalary = 0;
for (HumanResource hr : subNodes) {
totalSalary += hr.calculateSalary();
}
this.salary = totalSalary;
return totalSalary;
}
public void addSubNode(HumanResource hr) {
subNodes.add(hr);
}
}
// 构建组织架构的代码
public class Demo {
private static final long ORGANIZATION_ROOT_ID = 1001;
private DepartmentRepo departmentRepo; // 依赖注入
private EmployeeRepo employeeRepo; // 依赖注入
public void buildOrganization() {
Department rootDepartment = new Department(ORGANIZATION_ROOT_ID);
buildOrganization(rootDepartment);
}
private void buildOrganization(Department department) {
List<Long> subDepartmentIds = departmentRepo.getSubDepartmentIds(department.getId());
for (Long subDepartmentId : subDepartmentIds) {
Department subDepartment = new Department(subDepartmentId);
department.addSubNode(subDepartment);
buildOrganization(subDepartment);
}
List<Long> employeeIds = employeeRepo.getDepartmentEmployeeIds(department.getId());
for (Long employeeId : employeeIds) {
double salary = employeeRepo.getEmployeeSalary(employeeId);
department.addSubNode(new Employee(employeeId, salary));
}
}
}
我们再拿组合模式的定义跟这个例子对照一下
将一组对象（员工和部门）组织成树形结构，以表示一种 "部分 - 整体" 的层次结构（部门与子部门的嵌套结构）
组合模式让客户端可以统一单个对象（员工）和组合对象（部门）的处理逻辑（递归遍历）
3、图示
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