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0121_组合模式(Composite)

news 2025/10/26 9:16:30

组合模式(Composite)

意图

将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

UML 图

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，无需区分
易于扩展：可以很容易地增加新的组件类型
灵活的层次结构：可以构建复杂的树形结构，表示复杂的部分-整体层次
符合开闭原则：新增组件类型时不需要修改现有代码
统一处理：统一了叶子对象和容器对象的处理方式

缺点

设计较复杂：需要定义较多的类和接口，增加了系统的复杂性
类型检查困难：在运行时很难限制组合中的组件类型
可能违反接口隔离原则：叶子节点可能被迫实现不需要的方法
性能考虑：对于大型层次结构，遍历操作可能比较耗时

代码示例

以文件系统为例，文件系统包含文件和文件夹，文件夹又可以包含文件或其他文件夹：

1. 组件接口 (Component Interface)

// 文件系统组件接口
public interface FileSystemComponent {void display(String indent);void add(FileSystemComponent component);void remove(FileSystemComponent component);FileSystemComponent getChild(int index);String getName();long getSize();
}

2. 叶子组件 (Leaf Component)

// 文件类 - 叶子节点
public class File implements FileSystemComponent {private String name;private long size;public File(String name, long size) {this.name = name;this.size = size;}@Overridepublic void display(String indent) {System.out.println(indent + "📄 " + name + " (" + size + " bytes)");}@Overridepublic void add(FileSystemComponent component) {throw new UnsupportedOperationException("Cannot add to a file");}@Overridepublic void remove(FileSystemComponent component) {throw new UnsupportedOperationException("Cannot remove from a file");}@Overridepublic FileSystemComponent getChild(int index) {throw new UnsupportedOperationException("File has no children");}@Overridepublic String getName() {return name;}@Overridepublic long getSize() {return size;}
}

3. 复合组件 (Composite Component)

// 文件夹类 - 复合节点
public class Directory implements FileSystemComponent {private String name;private List<FileSystemComponent> children;public Directory(String name) {this.name = name;this.children = new ArrayList<>();}@Overridepublic void display(String indent) {System.out.println(indent + "📁 " + name + " (" + getSize() + " bytes)");for (FileSystemComponent child : children) {child.display(indent + "  ");}}@Overridepublic void add(FileSystemComponent component) {children.add(component);}@Overridepublic void remove(FileSystemComponent component) {children.remove(component);}@Overridepublic FileSystemComponent getChild(int index) {return children.get(index);}@Overridepublic String getName() {return name;}@Overridepublic long getSize() {long totalSize = 0;for (FileSystemComponent child : children) {totalSize += child.getSize();}return totalSize;}public int getChildCount() {return children.size();}
}

4. 客户端代码 (Client Code)

public class FileSystemTest {public static void main(String[] args) {// 创建文件FileSystemComponent file1 = new File("document.txt", 1024);FileSystemComponent file2 = new File("image.jpg", 2048);FileSystemComponent file3 = new File("video.mp4", 4096);FileSystemComponent file4 = new File("readme.md", 512);// 创建文件夹Directory documents = new Directory("Documents");Directory images = new Directory("Images");Directory videos = new Directory("Videos");Directory root = new Directory("Root");// 构建层次结构documents.add(file1);documents.add(file4);images.add(file2);videos.add(file3);root.add(documents);root.add(images);root.add(videos);// 显示整个文件系统System.out.println("文件系统结构:");root.display("");// 统计信息System.out.println("\n统计信息:");System.out.println("根目录大小: " + root.getSize() + " bytes");System.out.println("根目录包含 " + root.getChildCount() + " 个子项");System.out.println("文档文件夹包含 " + documents.getChildCount() + " 个文件");}
}

在Java标准库中的应用

组合模式在Java标准库和框架中有广泛应用：

Swing/AWT组件

// Container可以包含其他Component，形成树形结构
JFrame frame = new JFrame();
JPanel panel = new JPanel();
JButton button = new JButton("Click me");panel.add(button);  // 面板包含按钮
frame.add(panel);   // 框架包含面板

Java集合框架

// 虽然不完全符合组合模式，但体现了类似的思想
List<List<String>> nestedList = new ArrayList<>();
List<String> innerList = new ArrayList<>();
innerList.add("item1");
innerList.add("item2");
nestedList.add(innerList);

XML解析

// DOM解析中的节点层次结构
Document document = DocumentBuilderFactory.newInstance().newDocumentBuilder().parse(file);
Element rootElement = document.getDocumentElement();
NodeList children = rootElement.getChildNodes();

Java NIO.2文件系统

// Path和FileSystem的层次结构
Path path = Paths.get("/home/user/documents");
try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(path)) {for (Path entry : stream) {if (Files.isDirectory(entry)) {System.out.println("目录: " + entry.getFileName());} else {System.out.println("文件: " + entry.getFileName());}}
}