Java组合模式

组合模式（Composite Pattern）是设计模式中一种结构型模式，用于将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次关系。它允许客户端以统一的方式处理单个对象和组合对象，简化了复杂结构的操作。

概述

组合模式的核心思想是通过一个抽象组件（Component）定义所有对象的通用行为，包括叶子节点（Leaf）和容器节点（Composite）。叶子节点表示不可再分的对象，而容器节点可以包含其他子组件（可能是叶子或其他容器）。

适用场景

• 需要表示对象的部分-整体层次结构（如文件系统、菜单树）。
• 希望客户端忽略组合对象与单个对象的差异，统一调用接口。

结构

组合模式的类图如下：

classDiagram class Component { <<interface>> +operation() +add(Component) +remove(Component) +getChild(int) } class Leaf { +operation() } class Composite { -children: List<Component> +operation() +add(Component) +remove(Component) +getChild(int) } Component <|-- Leaf Component <|-- Composite Composite o-- Component

• Component：抽象接口，定义所有组件的公共操作。
• Leaf：叶子节点，无子组件，实现基础行为。
• Composite：容器节点，存储子组件并实现与子组件相关的操作。

代码示例

以下是一个文件系统的实现示例：

  
// 抽象组件  
interface FileSystemComponent {  
    void display();  
}  

// 叶子节点：文件  
class File implements FileSystemComponent {  
    private String name;  

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

    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("File: " + name);  
    }  
}  

// 容器节点：文件夹  
class Directory implements FileSystemComponent {  
    private String name;  
    private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();  

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

    public void add(FileSystemComponent component) {  
        children.add(component);  
    }  

    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("Directory: " + name);  
        for (FileSystemComponent component : children) {  
            component.display(); // 递归调用子组件的display()  
        }  
    }  
}  

// 客户端代码  
public class CompositeDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        File file1 = new File("Document.txt");  
        File file2 = new File("Image.jpg");  

        Directory subDir = new Directory("SubFolder");  
        subDir.add(file2);  

        Directory rootDir = new Directory("Root");  
        rootDir.add(file1);  
        rootDir.add(subDir);  

        rootDir.display();  
    }  
}

输出

  
Directory: Root  
File: Document.txt  
Directory: SubFolder  
File: Image.jpg  

实际应用案例

1. GUI组件库：如Swing中的JComponent作为抽象组件，JPanel作为容器，JButton作为叶子节点。 2. 文件系统：如上述示例，文件夹和文件的层次结构。 3. 菜单系统：菜单项（叶子）和子菜单（容器）的统一处理。

优缺点

组合模式的优缺点

优点	缺点
简化客户端代码，统一处理叶子与容器	可能违反单一职责原则（需同时管理子组件和自身逻辑）
易于扩展新类型的组件	对树结构的限制较少，需谨慎设计递归逻辑

数学表示

组合模式的结构可以形式化为树： $T=\{\begin{array}{ll}\text{Leaf}& \text{若为叶子节点}\\ \text{Composite}\cup \{T_1,T_2,\dots ,T_n\}& \text{若为容器节点}\end{array}$

总结

组合模式通过树形结构统一处理简单和复杂对象，是处理层次化数据的强大工具。初学者应重点理解递归调用的逻辑，而高级用户可探索其在动态构建对象树（如XML解析）中的应用。