Java 设计模式之组合模式及应用场景

组合模式，就是在一个对象中包含其他对象，这些被包含的对象可能是终点对象（不再包含别的对象），也有可能是非终点对象（其内部还包含其他对象，或叫组对象），我们将对象称为节点，即一个根节点包含许多子节点，这些子节点有的不再包含子节点，而有的仍然包含子节点，以此类推。很明显，这是树形结构，终结点叫叶子节点，非终节点（组节点）叫树枝节点，第一个节点叫根节点。同时也类似于文件目录的结构形式：文件可称之为终节点，目录可称之为非终节点（组节点）。

普通实现

1、我们首先来看一个目录结构的普通实现：

目录节点：Noder

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
 * 目录节点
 * 包含：
 *         1、目录名
 *         2、下级文件列表
 *         3、下级目录列表
 *         4、新增文件方法
 *         5、新增目录方法
 *         6、显示下级内容方法
 */
public class Noder {
    String nodeName;//目录名
    //通过构造器为目录命名
    public Noder(String nodeName){
        this.nodeName = nodeName;
    }
    List<Noder> nodeList = new ArrayList<Noder>();//目录的下级目录列表
    List<Filer> fileList = new ArrayList<Filer>();//目录的下级文件列表
    //新增下级目录
    public void addNoder(Noder noder){
        nodeList.add(noder);
    }
    //新增文件
    public void addFiler(Filer filer){
        fileList.add(filer);
    }
    //显示下级目录及文件
    public void display(){
        for(Noder noder:nodeList){
            System.out.println(noder.nodeName);
            noder.display();//递归显示目录列表
        }
        for(Filer filer:fileList){
            filer.display();
        }
    }
}

文件节点：Filer

/**
 * 文件节点
 * 文件节点是终节点，无下级节点
 * 包含：
 *         1、文件名
 *         2、文件显示方法
 */
public class Filer {
    String fileName;//文件名
    public Filer(String fileName){
        this.fileName = fileName;
    }
    //文件显示方法
    public void display(){
        System.out.println(fileName);
    }
}

测试类：Clienter

import java.io.File;
 
public class Clienter {
    public static void createTree(Noder node){
        File file = new File(node.nodeName);
        File[] f = file.listFiles();
        for(File fi : f){
            if(fi.isFile()){
                Filer filer = new Filer(fi.getAbsolutePath());
                node.addFiler(filer);
            }
            if(fi.isDirectory()){
                Noder noder = new Noder(fi.getAbsolutePath());
                node.addNoder(noder);
                createTree(noder);//使用递归生成树结构
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Noder noder = new Noder("E://ceshi");
        createTree(noder);//创建目录树形结构
        noder.display();//显示目录及文件
    }
}

运行结果：

E:\ceshi\目录1
E:\ceshi\目录1\目录3
E:\ceshi\目录1\文件2.txt
E:\ceshi\目录2
E:\ceshi\目录2\文件3.txt
E:\ceshi\文件1.txt

2、组合模式

从上面的代码中可以看出，我们分别定义了文件节点对象与目录节点对象，这是因为文件与目录之间的操作不同，文件没有下级节点，而目录可以有下级节点，但是我们能不能这么想：既然文件与目录都是可以作为一个节点的下级节点而存在，那么我们可不可以将二者抽象为一类对象，虽然二者的操作不同，但是我们可以在实现类的方法实现中具体定义，比如文件没有新增下级节点的方法，我们就可以在文件的这个方法中抛出一个异常，不做具体实现，而在目录中则具体实现新增操作。显示操作二者都有，可以各自实现。而且由于我们将文件与目录抽象为一个类型，那么结合多态我们可以进行如下实现：

抽象类：Node

/**
 * 将文件与目录统一看作是一类节点，做一个抽象类来定义这种节点，然后以其实现类来区分文件与目录，在实现类中分别定义各自的具体实现内容
 */
public abstract class Node {
    protected String name;//名称
    //构造器赋名
    public Node(String name){
        this.name = name;
    }
    //新增节点：文件节点无此方法，目录节点重写此方法
    public void addNode(Node node) throws Exception{
        throw new Exception("Invalid exception");
    }
    //显示节点：文件与目录均实现此方法
    abstract void display();
}

文件实现类：Filter

/**
 * 实现文件节点
 */
public class Filer extends Node {
    //通过构造器为文件节点命名
    public Filer(String name) {
        super(name);
    }
    //显示文件节点
    @Override
    public void display() {
        System.out.println(name);
    }
}

目录实现类：Noder

import java.util.*;
/**
 * 实现目录节点
 */
public class Noder extends Node {
    List<Node> nodeList = new ArrayList<Node>();//内部节点列表（包括文件和下级目录）
    //通过构造器为当前目录节点赋名
    public Noder(String name) {
        super(name);
    }
    //新增节点
    public void addNode(Node node) throws Exception{
        nodeList.add(node);
    }
    //递归循环显示下级节点
    @Override
    void display() {
        System.out.println(name);
        for(Node node:nodeList){
            node.display();
        }
    }
}

测试类：Clienter

import java.io.File;
 
public class Clienter {
    public static void createTree(Node node) throws Exception{
        File file = new File(node.name);
        File[] f = file.listFiles();
        for(File fi : f){
            if(fi.isFile()){
                Filer filer = new Filer(fi.getAbsolutePath());
                node.addNode(filer);
            }
            if(fi.isDirectory()){
                Noder noder = new Noder(fi.getAbsolutePath());
                node.addNode(noder);
                createTree(noder);//使用递归生成树结构
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Node noder = new Noder("E://ceshi");
        try {
            createTree(noder);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        noder.display();
    }
}

执行输出结果：

E://ceshi
E:\ceshi\文件1.txt
E:\ceshi\目录1
E:\ceshi\目录1\文件2.txt
E:\ceshi\目录1\目录3
E:\ceshi\目录2
E:\ceshi\目录2\文件3.txt

从上述实现中可以看出：所谓组合模式，其实说的是对象包含对象的问题，通过组合的方式（在对象内部引用对象）来进行布局，我认为这种组合是区别于继承的，而另一层含义是指树形结构子节点的抽象（将叶子节点与数枝节点抽象为子节点），区别于普通的分别定义叶子节点与数枝节点的方式。

3、组合模式应用场景

这种组合模式正是应树形结构而生，所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如：文件目录显示，多及目录呈现等树形结构数据的操作。