组合模式揭秘：如何构建可扩展的树形结构

什么是组合模式

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它创建了对象组的树形结构，将对象组合成树状结构以表示“整体-部分”的关系。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性，即：组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象。

组合模式的核心原理

组合模式的核心原理是将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，从而使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

具体来说，组合模式的核心是定义包含自身对象的集合，从而形成树的结构，让每个节点都有同样的元素和操作。这种模式适用于所有需要有层次结构的场景，包括文件结构、树形菜单等。

组合模式由三个核心角色构成：

1. 抽象构件（AbstractComponent）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。（总的抽象类或接口，定义一些通用的方法，比如新增、删除）
2. 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于继承或实现抽象构件。
3. 树枝构件（Composite）角色 / 中间构件：是组合中的分支节点对象，它有子节点，用于继承和实现抽象构件。它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。

组合模式如何实现

这里举一个例子来说明如何实现组合模式以及组合模式的适用场景。

比如XXX上市的科技公司的组织架构如上图，需要展示一下它的的组织架构，这个程序应该怎么写呢？这个场景就比较适合使用组合模式，先来画一下UML类图：

1. AbstractOrganization：抽象组织类，属于抽象构件角色，定义了树叶构件、树枝构件的共同行为；
2. Company、BranchCompany：总公司实体类、分公司实体类，继承于抽象组织类，属于树枝构件角色，树枝构件与树叶构件最明显的区别就是，树枝构件中包含有子节点，另外还添加、移除子节点构件的能力；
3. Department：部门实体类，继承于抽象组织类，属于树叶节点构件，树叶节点构件没有子节点，所以也就没有必要重写添加、移除子节点的方法；

/** 
* 抽象组织,抽象构件（AbstractComponent）角色 
*/
public abstract class AbstractOrganization {    /**
     * 组织名称
     *
     * @return
     */
    public abstract String getOrgName();

    /**
     * 组织实际领导
     *
     * @return
     */
    public abstract String getLeaderName();

    /**
     * 添加组织
     *
     * @param abstractOrganization
     */
    public void add(AbstractOrganization abstractOrganization) {
    }

    /**
     * 移除组织
     *
     * @param abstractOrganization
     */
    public void remove(AbstractOrganization abstractOrganization) {
    }

    /**
     * 组织信息展示
     */
    public void show() {
    }
}

/** 
* 分公司 ,树枝构件（Composite）角色 
*/
public class BranchCompany extends AbstractOrganization {    
    /**
     * 组织名称
     */
    private String orgName;
    /**
     * 组织实际领导
     */
    private String leaderName;
    private List<AbstractOrganization> organizations = new ArrayList<>();

    public BranchCompany(String orgName, String leaderName) {
        this.orgName = orgName;
        this.leaderName = leaderName;
    }

    @Override
    public String getOrgName() {
        return this.orgName;
    }

    @Override
    public String getLeaderName() {
        return this.leaderName;
    }

    @Override
    public void add(AbstractOrganization abstractOrganization) {
        this.organizations.add(abstractOrganization);
    }

    @Override
    public void remove(AbstractOrganization abstractOrganization) {
        this.organizations.remove(abstractOrganization);
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("公司名称:" + this.orgName + ",主要领导:" + this.leaderName);
        for (AbstractOrganization organization : organizations) {
            organization.show();
        }
    }
}

/** 
* 总公司 ,树枝构件（Composite）角色 
*/
public class Company extends AbstractOrganization {    private List<AbstractOrganization> organizations = new ArrayList<>();
    /**
     * 组织名称
     */
    private String orgName;
    /**
     * 组织实际领导
     */
    private String leaderName;

    public Company(String orgName, String leaderName) {
        this.orgName = orgName;
        this.leaderName = leaderName;
    }

    @Override
    public String getOrgName() {
        return this.orgName;
    }

    @Override
    public String getLeaderName() {
        return this.leaderName;
    }

    @Override
    public void add(AbstractOrganization abstractOrganization) {
        this.organizations.add(abstractOrganization);
    }

    @Override
    public void remove(AbstractOrganization abstractOrganization) {
        this.organizations.remove(abstractOrganization);
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("公司名称:" + this.orgName + ",主要领导:" + this.leaderName);
        for (AbstractOrganization organization : organizations) {
            organization.show();
        }
    }
}

/** 
* 部门 ,树叶构件（Leaf）角色 
*/
public class Department extends AbstractOrganization {    /**
     * 组织名称
     */
    private String orgName;
    /**
     * 组织实际领导
     */
    private String leaderName;

    public Department(String orgName, String leaderName) {
        this.orgName = orgName;
        this.leaderName = leaderName;
    }

    @Override
    public String getOrgName() {
        return this.orgName;
    }

    @Override
    public String getLeaderName() {
        return this.leaderName;
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("部门名称:" + this.orgName + ",主要领导:" + this.leaderName);
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractOrganization huawei = new Company("华为科技", "任正非");
        AbstractOrganization henan = new BranchCompany("河南分公司", "张三");
        huawei.add(henan);
        AbstractOrganization yanfabu = new Department("研发部", "小李");
        AbstractOrganization xiaoshoubu = new Department("销售部", "小张");
        henan.add(yanfabu);
        henan.add(xiaoshoubu);
        AbstractOrganization shangdong = new BranchCompany("山东分公司", "李四");
        huawei.add(shangdong);
        AbstractOrganization xiaoshoubu2 = new Department("销售部", "小美");
        AbstractOrganization caiwubu = new Department("财务部", "小花");
        shangdong.add(xiaoshoubu2);
        shangdong.add(caiwubu);
        huawei.show();
    }
}

组合模式的适用场景

1. 构建复杂的树形结构
2. 希望客户端忽略对象的差异
3. 处理树形结构

总结

优点

1. 创建灵活且易于扩展的软件产品，符合开闭原则。组合模式使得添加新类型的组件变得容易，因为这不需要修改现有的类或对象。这种灵活性有助于降低系统的复杂性，提高可维护性和可扩展性。
2. 简化客户端代码。通过使用组合模式，客户端可以避免处理大量复杂的子系统类。相反，客户端只需要与抽象类或接口进行交互，这有助于简化客户端代码，减少开发人员的工作量。
3. 易于维护和修改。由于组合模式使得系统结构清晰且易于理解，因此它有助于提高代码的可维护性和可修改性。当需要修改或添加新功能时，可以更容易地定位和替换组件，而不会影响到整个系统的稳定性。

缺点

1. 增加系统的复杂性和理解难度。使用组合模式需要设计出复杂的类层次结构，并且需要仔细考虑如何将组件组合在一起。这可能会增加系统的复杂性和理解难度，使得开发人员难以理解和维护代码。
2. 需要正确地识别出系统中两个独立变化的维度。在组合模式中，需要将对象组合成树形结构来表示部分-整体的层次结构。这需要正确地识别出系统中两个独立变化的维度，并且需要将它们组合在一起。如果维度之间的关系不正确，可能会导致系统出现错误或不可维护。
3. 需要对系统进行递归处理。由于组合模式使用递归结构来构建树形结构，因此需要对系统进行递归处理。这可能会导致处理时间变长，并且在某些情况下可能会出现性能问题。

总之，组合模式适用于构建复杂的树形结构，希望客户端忽略组合对象与单个对象的差异，以及处理树形结构的场景。它能够清晰地定义分层次的复杂对象，简化客户端代码，符合开闭原则。但也存在一些缺点。在应用组合模式时，需要根据具体情况进行权衡，并考虑是否适合使用该模式。