设计模式完结（8）-- 组合模式---树形结构的处理

树形结构的处理——组合模式（一）

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 容器和叶子。

所以：抽象类    叶子类   容器类

abstract class Component {  
    public abstract void add(Component c); //增加成员  
    public abstract void remove(Component c); //删除成员  
    public abstract Component getChild(int i); //获取成员  
    public abstract void operation();  //业务方法  
}

class Leaf extends Component {  
    public void add(Component c) {   
        //异常处理或错误提示   
    }     

    public void remove(Component c) {   
        //异常处理或错误提示   
    }  

    public Component getChild(int i) {   
        //异常处理或错误提示  
        return null;   
    }  

    public void operation() {  
        //叶子构件具体业务方法的实现  
    }   
}

class Composite extends Component {  
    private ArrayList<Component> list = new ArrayList<Component>();  

    public void add(Component c) {  
        list.add(c);  
    }  

    public void remove(Component c) {  
        list.remove(c);  
    }  

    public Component getChild(int i) {  
        return (Component)list.get(i);  
    }  

    public void operation() {  
        //容器构件具体业务方法的实现  
        //递归调用成员构件的业务方法  
        for(Object obj:list) {  
            ((Component)obj).operation();  
        }  
    }     
}

通过引入组合模式，Sunny公司设计的杀毒软件具有良好的可扩展性，在增加新的文件类型时，无须修改现有类库代码，只需增加一个新的文件类作为AbstractFile类的子类即可，但是由于在AbstractFile中声明了大量用于管理和访问成员构件的方法，例如add()、remove()等方法，我们不得不在新增的文件类中实现这些方法，提供对应的错误提示和异常处理。为了简化代码，我们有以下两个解决方案：

解决方案一：将叶子构件的add()、remove()等方法的实现代码移至AbstractFile类中，由AbstractFile提供统一的默认实现。

//提供默认实现的抽象构件类  
abstract class AbstractFile {  
    public void add(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  //错误提示
        return null;  
    }  

    public abstract void killVirus();  
}

如果客户端代码针对抽象类AbstractFile编程，在调用文件对象的这些方法时将出现错误提示;如果不希望出现任何错误提示，我们可以在客户端定义文件对象时不使用抽象层，而直接使用具体叶子构件本身，客户端代码片段如下所示：

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        //不能透明处理叶子构件  
        ImageFile file1,file2;  
        TextFile file3,file4;  
        VideoFile file5;  
        AbstractFile folder1,folder2,folder3,folder4;  
        //其他代码省略  
      }  
}

(1) 透明组合模式

 

透明组合模式的缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的。叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供add()、remove()以及getChild()等方法是没有意义的，这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）。

解决方案二：除此之外，还有一种解决方法是在抽象构件AbstractFile中不声明任何用于访问和管理成员构件的方法，：

abstract class AbstractFile {  
    public abstract void killVirus();  
}

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  

        AbstractFile file1,file2,file3,file4,file5;  
        Folder folder1,folder2,folder3,folder4; //不能透明处理容器构件  
        //其他代码省略  
    }  
}

 

 此时，由于在AbstractFile中没有声明add()、remove()等访问和管理成员的方法，其叶子构件子类无须提供实现；而且无论客户端如何定义叶子构件对象都无法调用到这些方法，不需要做任何错误和异常处理，容器构件再根据需要增加访问和管理成员的方法，但这时候也存在一个问题：客户端不得不使用容器类本身来声明容器构件对象，否则无法访问其中新增的add()、remove()等方法，如果客户端一致性地对待叶子和容器，将会导致容器构件的新增对客户端不可见，客户端代码对于容器构件无法再使用抽象构件来定义. 

(2) 安全组合模式

 

安全组合模式的缺点是不够透明，因为叶子构件和容器构件具有不同的方法，且容器构件中那些用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义，因此客户端不能完全针对抽象编程，必须有区别地对待叶子构件和容器构件。在实际应用中，安全组合模式的使用频率也非常高，在Java AWT中使用的组合模式就是安全组合模式。

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。

1. 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。

1. 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。