设计模式09之 合成(Composite)模式(结构模式)

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合成模式简介

合成模式属于对象的结构型模式，有时又被称为”部分-整体模式”。合成模式将对象组织到树结构中，可以用来描述整体与部分的关系。

例如，文件系统就是一个典型的合成模式系统。合成模式的树形图如下所示：
pattern09_01

它的UML类图如下所示：
pattern09_02

它共包括3个角色：抽象构件(Component)，树叶构件(Leaf) 和 树枝构件(Composite)。

角色 说明
抽象构件 这是一个抽象角色，它给参加组合的对象规定一个接口。这个角色给出共有的接口及其默认行为。
树叶构件 代表参加组合的树叶对象。树叶对象没有下级子对象，它定义出参加组合的原始对象的行为。
树枝构件 代表参加组合的有下级子对象的对象，并给出树枝构件对象的行为。

根据”参加组合的对象的管理方式”，可以将合成模式分为两种不同的形式：安全合成模式 和 透明合成模式。
• 安全合成模式：此方式只允许”树枝构件”有对象的管理方法。
• 透明合成模式：此方式只允许”树枝构件’和”树叶构件”都有对象的管理方法，但”树叶构件”中的管理方法无实际意义。

安全合成模式

安全合成模式要求管理聚集的方法只出现在树枝构件类中，而不出现在树叶构件类中。

安全合成模式的UML图如下：
pattern09_03

它共包括3个角色：抽象构件(Component)，树叶构件(Leaf) 和 树枝构件(Composite)。

角色 说明
抽象构件 这是一个抽象角色，它给参加组合的对象定义出公共的接口及其默认行为，可以用来管理所有的子对象。合成对象通常把它所包含的子对象当做类型为Component的对象。在安全式的合成模式里，构件角色并不定义出管理子对象的方法，这一定义由树枝构件对象给出。
树叶构件 树叶对象是没有下级子对象的对象，定义出参加组合的原始对象的行为。
树枝构件 代表参加组合的有下级子对象的对象。树枝构件类给出所有的管理子对象的方法，如add()、remove()以及getChild()。

示例代码

public interface Component {
    // 返还自己的示例
    Composite getComposite();
    // 某个商业方法
    void sampleOperation();
}

public class Composite implements Component {
    private Vector componentVector = new Vector();
    public Composite getComposite() {
        return this;
    }
    public void sampleOperation() {
        Enumeration enum = composites();
        while (enum.hasMoreElements()) {
            ((Composite)enum.nextElement()).sampleOperation();
        }
    }
    // 添加一个子构件对象
    public void add(Component component) {
        componentVector.addElement(component);
    }
    // 删除一个子构件对象
    public void remove(Component component) {
        componentVector.removeElement(component);
    }
    // 聚集管理办法，返还聚集的Enumeration对象
    public Enumeration components() {
        return componentVector.elements();
    }
}

public class Leaf implements Component {
    public void sampleOperation() {
    }
    public Composite getComposite() {
        return null;
    }
}

从中可以看出，树叶构建(Leaf)中没有对节点的管理方法，而只有树枝构建(Composite)中有节点的管理方法。

透明合成模式

与安全式的合成模式不同的是，透明式的合成模式要求所有的具体构件类，不论树枝构件还是树叶构件，均符合一个固定接口。

透明合成模式的UML图如下：
pattern09_04

它共包括3个角色：抽象构件(Component)，树叶构件(Leaf) 和 树枝构件(Composite)。

角色 说明
抽象构件 这是一个抽象角色，它给参加组合的对象规定一个接口，规范共有的接口及默认行为。这个接口可以用来管理所有的子对象，要提供一个接口以规范取得和管理下层组件的接口，包括add(), remove()以及getChild()之类的方法。
树叶构件 代表参加组合的树叶对象，定义出参加组合的原始对象的行为。树叶类会给出add(), remove()以及getChild()之类的用来管理子类对象的方法的平庸实现。
树枝构件 代表参加组合的有子对象的对象，定义出这样的对象的行为。

示例代码

public interface Component {
    // 某个商业方法
    void sampleOperation();
    // 返还自己的示例
    Composite getComposite();
    // 聚集管理方法，增加子构件对象
    void add(Component component);
    // 聚集管理方法，删除子构件对象
    void remove(Component component);
    // 聚集管理办法，返还聚集的Enumeration对象
    Enumeration components();
}

public class Composite implements Component {
    private Vector componentVector = new Vector();
    public Composite getComposite() {
        return this;
    }
    public void sampleOperation() {
        Enumeration enum = composites();
        while (enum.hasMoreElements()) {
            ((Composite)enum.nextElement()).sampleOperation();
        }
    }
    // 添加一个子构件对象
    public void add(Component component) {
        componentVector.addElement(component);
    }
    // 删除一个子构件对象
    public void remove(Component component) {
        componentVector.removeElement(component);
    }
    // 聚集管理办法，返还聚集的Enumeration对象
    public Enumeration components() {
        return componentVector.elements();
    }
}

public class Leaf implements Component {
    public void sampleOperation() {
    }
    public Composite getComposite() {
        return null;
    }
    // 添加一个子构件对象
    public void add(Component component) {
    }
    // 删除一个子构件对象
    public void remove(Component component) {
    }
    // 聚集管理办法，返还聚集的Enumeration对象
    public Enumeration components() {
        return null;
    }

}　

合成模式示例

下面以一个逻辑树为例子，演示合成模式。

抽象构件(IFile.java)

public interface IFile {
    //返回自己的实例
    IFile getComposite();

    //某个商业方法
    void sampleOperation();

    //获取深度
    int getDeep();

    //设置深度
    void setDeep(int x);
}

树枝构件(Folder.java)

import java.util.Vector;

public class Folder implements IFile {
    private String name;    //文件名字
    private int deep;       //层级深度，根深度为0
    private Vector<IFile> componentVector = new Vector<IFile>();

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    //返回自己的实例
    public IFile getComposite() {
        return this;
    }

    //某个商业方法
    public void sampleOperation() {
        System.out.println("执行了某个商业方法！");
    }

    //增加一个文件或文件夹
    public void add(IFile IFile) {
        componentVector.addElement(IFile);
        IFile.setDeep(this.deep + 1);
    }

    //删除一个文件或文件夹
    public void remove(IFile IFile) {
        componentVector.removeElement(IFile);
    }

    //返回直接子文件（夹）集合
    public Vector getAllComponent() {
        return componentVector;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getDeep() {
        return deep;
    }

    public void setDeep(int deep) {
        this.deep = deep;
    }
}

树枝构件(File.java)

public class File implements IFile {
    private String name;    //文件名字
    private int deep;       //层级深度

    public File(String name) {
        this.name = name;
    }

    //返回自己的实例
    public IFile getComposite() {
        return this;
    }

    //某个商业方法
    public void sampleOperation() {
        System.out.println("执行了某个商业方法！");
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getDeep() {
        return deep;
    }

    public void setDeep(int deep) {
        this.deep = deep;
    }
}

客户端测试程序(Client.java)

import java.util.Iterator;
import java.util.Vector;
import java.util.Collections;

public class Client {
    private static final String INDENT_CHAR = "\t";       //文件层次缩进字符

    public static void main(String args[]) {
        new Client().test();
    }

    /**
     * 客户端测试方法
     */
    public void test() {
        //根下文件及文件夹
        Folder root = new Folder("树根");

        Folder b1_1 = new Folder("1_枝1");
        Folder b1_2 = new Folder("1_枝2");
        Folder b1_3 = new Folder("1_枝3");
        File l1_1 = new File("1_叶1");
        File l1_2 = new File("1_叶2");
        File l1_3 = new File("1_叶3");

        //b1_2下的文件及文件夹
        Folder b2_1 = new Folder("2_枝1");
        Folder b2_2 = new Folder("2_枝2");
        File l2_1 = new File("2_叶1");

        //缔造树的层次关系（简单测试，没有重复添加的控制）
        root.add(b1_1);
        root.add(b1_2);
        root.add(l1_1);
        root.add(l1_2);

        b1_2.add(b2_1);
        b1_2.add(b2_2);
        b1_2.add(l2_1);
        root.add(l1_3);
        root.add(b1_3);
        //控制台打印树的层次
        outTree(root);
    }

    public void outTree(Folder folder) {
        System.out.println(folder.getName());
        iterateTree(folder);
    }

    /**
     * 遍历文件夹，输入文件树
     *
     * @param folder
     */
    public void iterateTree(Folder folder) {
        Vector<IFile> clist = folder.getAllComponent();
        for (Iterator<IFile> it = clist.iterator(); it.hasNext();) {
            IFile em = it.next();
            if (em instanceof Folder) {
                Folder cm = (Folder) em;
                System.out.println(getIndents(em.getDeep()) + cm.getName());
                iterateTree(cm);
            } else {
                System.out.println(getIndents(em.getDeep()) + ((File) em).getName());
            }
        }
    }

    /**
     * 文件层次缩进字符串
     *
     * @param x 缩进字符个数
     * @return 缩进字符串
     */
    public static String getIndents(int x) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < x; i++) {
            sb.append(INDENT_CHAR);
        }
        return sb.toString();
    }
}

运行结果：

树根
    1_枝1
    1_枝2
        2_枝1
        2_枝2
        2_叶1
    1_叶1
    1_叶2
    1_叶3
    1_枝3
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