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Java设计模式之-组合模式

news 2025/7/17 12:20:16

什么是组合模式？

组合模式允许你将对象组合成树形结构来表示"部分-整体"的层次结构。它让客户端能够以统一的方式处理单个对象和对象组合。

简单来说，就像公司的组织结构：

公司有部门
部门有小组
小组有员工
但无论是对公司、部门还是员工，都可以统一执行"工作"操作

主要解决什么问题？

组合模式主要解决处理树形结构数据时的问题：

客户端需要区分简单元素（叶子节点）和复杂元素（容器节点）
处理容器节点时需要递归处理其子节点
希望用统一接口处理所有节点，无论它是简单还是复杂

何时使用组合模式？

当你发现以下场景时，考虑使用组合模式：

需要表示对象的部分-整体层次结构
希望用户忽略组合对象与单个对象的不同
结构可以形成任意深度的树形嵌套
需要对整个树形结构执行统一操作（如渲染、计算等）

组合模式的优点

简化客户端代码：客户端可以一致地处理单个对象和组合对象
开闭原则：容易新增组件类型，无需修改现有代码
灵活的结构：可以构建任意复杂的树形结构
统一操作：对整个结构执行操作变得简单

组合模式的缺点

过度一般化：有时很难为所有组件定义通用接口
类型检查问题：运行时可能需要检查对象类型
设计复杂：需要仔细设计组件接口，可能变得过于抽象

代码示例：文件系统

让我们用文件系统的例子来演示组合模式：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 组件抽象类（可以是接口）
abstract class FileSystemComponent {protected String name;public FileSystemComponent(String name) {this.name = name;}public abstract void display(int depth);public abstract long getSize();// 默认实现（叶子节点不需要实现）public void add(FileSystemComponent component) {throw new UnsupportedOperationException();}public void remove(FileSystemComponent component) {throw new UnsupportedOperationException();}
}// 叶子节点：文件
class File extends FileSystemComponent {private long size;public File(String name, long size) {super(name);this.size = size;}@Overridepublic void display(int depth) {System.out.println("-".repeat(depth) + name + " (" + size + " bytes)");}@Overridepublic long getSize() {return size;}
}// 容器节点：目录
class Directory extends FileSystemComponent {private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();public Directory(String name) {super(name);}@Overridepublic void display(int depth) {System.out.println("-".repeat(depth) + "[D] " + name);for (FileSystemComponent component : children) {component.display(depth + 2);}}@Overridepublic long getSize() {long totalSize = 0;for (FileSystemComponent component : children) {totalSize += component.getSize();}return totalSize;}@Overridepublic void add(FileSystemComponent component) {children.add(component);}@Overridepublic void remove(FileSystemComponent component) {children.remove(component);}
}// 客户端代码
public class CompositePatternDemo {public static void main(String[] args) {// 创建文件File file1 = new File("document.txt", 1024);File file2 = new File("image.jpg", 2048);File file3 = new File("notes.txt", 512);// 创建子目录Directory subDir = new Directory("SubFolder");subDir.add(file2);subDir.add(file3);// 创建根目录Directory rootDir = new Directory("Root");rootDir.add(file1);rootDir.add(subDir);// 显示整个文件系统结构System.out.println("File System Structure:");rootDir.display(1);// 计算总大小System.out.println("\nTotal Size: " + rootDir.getSize() + " bytes");}
}

输出结果：

File System Structure:
- [D] Root
---document.txt (1024 bytes)
--- [D] SubFolder
-----image.jpg (2048 bytes)
-----notes.txt (512 bytes)Total Size: 3584 bytes