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  • 【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

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