Java設(shè)計模式之組合模式
本文通過老王和小王探討書房、書架、各類書的管理問題，引出結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式家族中的一個重要成員——組合模式，本文會給予兩種組合模式的典型代碼實現(xiàn)，為了加深理解會在第三部分應(yīng)用中介紹組合模式在源碼中的實際運(yùn)用，最后總結(jié)該設(shè)計模式學(xué)習(xí)后的一些思考。
讀者可以拉取完整代碼到本地進(jìn)行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)代碼均測試通過后上傳到碼云，本地源碼下載。
一、引出問題
上篇文章中老王給小王買車以后，小王對老王感激涕零，看著老王凌亂的書房，小王提出要幫助老王整理整理他的書架。
小王開始了他的分析。老王平時博覽群書，中文、英文、梵文...每個語種占滿了書架，而每個語種中又分經(jīng)濟(jì)學(xué)、計算機(jī)學(xué)、社會學(xué)等等類目。這是典型的分層次結(jié)構(gòu)，將語種比作是圖書的子類，類目是語種的子類結(jié)構(gòu)劃分。
將圖書、語種、類目都看做是組織結(jié)構(gòu)，他們之間沒有繼承關(guān)系，而是一個樹形結(jié)構(gòu)，可以更好的實現(xiàn)管理操作。
二、概念與使用
實際上，小王提出來的設(shè)計思路正是結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式中的組合模式，我們首先看一下組合模式的相關(guān)概念，組合模式（Composite Pattern），又叫部分整體模式，它創(chuàng)建了對象組的樹形結(jié)構(gòu)，將對象組合成樹狀結(jié)構(gòu)以表示“整體-部分”的層次關(guān)系。組合模式依據(jù)樹形結(jié)構(gòu)來組合對象，用來表示部分以及整體層次。
組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的訪問具有一致性，即：組合能讓客戶以一致的方式處理個別對象以及組合對象。
用大白話解釋也就是，在實際應(yīng)用中將所有圖書依照樹形模式進(jìn)行組合，老王尋找書籍時，無論是訪問某一類書還是某一個語種的書，使用同樣的姿勢即可，保證了訪問的一致性。
在該模式中應(yīng)該是有三個角色：
1、Root :這是組合中對象聲明接口，在適當(dāng)情況下，實現(xiàn)所有類共有的接口默認(rèn)行為,用于訪問和管理Root 子部件, Root 可以是抽象類或者接口。
2、Branches:非葉子節(jié)點用于存儲子部件，在Root接口中實現(xiàn)了 子部件的相關(guān)操作。
2、Leaf : 在組合中表示葉子節(jié)點，葉子節(jié)點沒有子節(jié)點。
小王分析的頭頭是道，老王提出來了他的疑問。
當(dāng)我按語種查找還是按類目查找是使用的方法有時候是不一樣的，如果你把所有方法都定義在Root中，在語種或者類目中實現(xiàn)中是無意義的，而且這違背了接口隔離原則。
小王覺得說的對也不對，如果我改成不在Root中定義，那么我在客戶端調(diào)用的時候就需要判斷是枝還是葉了，增加了繁雜的邏輯判斷，而且相比另外一種變得不透明了，依賴倒置原則也沒有遵守。
兩種方式似乎都有缺陷，小王陷入了糾結(jié)不知道該如何取舍，老王提出了他的一些見解，沒有任何一個設(shè)計模式是完全沒有缺點的，兩種都有各自的好處，在實際的運(yùn)用中根據(jù)條件進(jìn)行取舍，而正確選擇的前提就是要對所有的設(shè)計模式充分的把握。
上面兩種就對應(yīng)組合模式中的兩個大分類、①透明組合模式、安全組合模式。
①透明組合模式把所有的公共方法都定義在Root中，這樣做的好處就是客戶端無需分辨是葉子節(jié)點（Leaf）和樹枝節(jié)點（Branches），他們具備完全一致的接口；缺點是葉子節(jié)點（Leaf）會繼承得到一些它所不需要（管理子類操作的方法）的方法，這與設(shè)計模式接口隔離原則相違背。
②安全組合模式的好處是接口定義職責(zé)清晰，符合設(shè)計模式單一職責(zé)原則和接口隔離原則；缺點是客戶需要區(qū)分樹枝節(jié)點（Branches）和葉子節(jié)點（Leaf），這樣才能正確處理各個層次的操作，客戶端依賴抽象（Root），違背了依賴倒置原則。
我們把兩種的方式實現(xiàn)，讀者對比他們之間的區(qū)別。
安全模式
Root(根節(jié)點):
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public abstract class RootBook {
protected String name;
public RootBook(String name) {
this.name = name;
}
public abstract String operation();
}
Branches（樹枝節(jié)點）
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class BranchesLanguages extends RootBook {
private List<RootBook> roots;
public BranchesLanguages(String name) {
super(name);
this.roots = new ArrayList<RootBook>();
}
public String operation() {
StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
for (RootBook component : this.roots) {
builder.append("\n");
builder.append(component.operation());
}
return builder.toString();
}
public boolean addChild(RootBook component) {
return this.roots.add(component);
}
public boolean removeChild(RootBook component) {
return this.roots.remove(component);
}
public RootBook getChild(int index) {
return this.roots.get(index);
}
}Leaf(葉子節(jié)點)
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class LeafClassify extends RootBook {
public LeafClassify(String name) {
super(name);
}
@Override
public String operation() {
return this.name;
}
}客戶端：
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("安全組合模式...");
// 來一個根節(jié)點
BranchesLanguages BranchesRoot = new BranchesLanguages("root/書");
// 來一個樹枝節(jié)點
BranchesLanguages branchA = new BranchesLanguages("------branchA/英語");
BranchesLanguages branchB = new BranchesLanguages("------branchB/中文");
// 來一個葉子節(jié)點
RootBook leafA = new LeafClassify("------leafA/經(jīng)濟(jì)學(xué)");
RootBook leafB = new LeafClassify("------leafB/計算機(jī)學(xué)");
RootBook leafC = new LeafClassify("------leafC/法學(xué)");
BranchesRoot.addChild(branchA);
BranchesRoot.addChild(leafC);
branchA.addChild(leafA);
branchA.addChild(branchB);
branchB.addChild(leafB);
String result = BranchesRoot.operation();
System.out.println(result);
}
}透明模式
Root(根節(jié)點):
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public abstract class RootBook {
protected String name;
public RootBook(String name) {
this.name = name;
}
public abstract String operation();
public boolean addChild(RootBook component) {
throw new UnsupportedOperationException("addChild not supported!");
}
public boolean removeChild(RootBook component) {
throw new UnsupportedOperationException("removeChild not supported!");
}
public RootBook getChild(int index) {
throw new UnsupportedOperationException("getChild not supported!");
}
}Branches（樹枝節(jié)點）
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class BranchesLanguages extends RootBook {
private List<RootBook> roots;
public BranchesLanguages(String name) {
super(name);
this.roots = new ArrayList<RootBook>();
}
public String operation() {
StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name);
for (RootBook component : this.roots) {
builder.append("\n");
builder.append(component.operation());
}
return builder.toString();
}
@Override
public boolean addChild(RootBook component) {
return this.roots.add(component);
}
@Override
public boolean removeChild(RootBook component) {
return this.roots.remove(component);
}
@Override
public RootBook getChild(int index) {
return this.roots.get(index);
}
}Leaf(葉子節(jié)點)
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class LeafClassify extends RootBook {
public LeafClassify(String name) {
super(name);
}
@Override
public String operation() {
return this.name;
}
}客戶端：
/**
* @author tcy
* @Date 08-08-2022
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("透明組合模式...");
// 來一個根節(jié)點
RootBook BranchesRoot = new BranchesLanguages("root/書");
// 來一個樹枝節(jié)點
RootBook branchA = new BranchesLanguages("------branchA/英語");
RootBook branchB = new BranchesLanguages("------branchB/漢語");
// 來一個葉子節(jié)點
RootBook leafA = new LeafClassify("------leafA/計算機(jī)學(xué)");
RootBook leafB = new LeafClassify("------leafB/法學(xué)");
RootBook leafC = new LeafClassify("------leafC/社會學(xué)");
BranchesRoot.addChild(branchA);
BranchesRoot.addChild(leafC);
branchA.addChild(leafA);
branchA.addChild(branchB);
branchB.addChild(leafB);
String result = BranchesRoot.operation();
System.out.println(result);
}
}使用組合模式的兩種實現(xiàn)方法，這樣就對老王的書架改造工程就完成了，對憑空捏造出來的需求有些讀者看完想必還是云里霧里。我們結(jié)合JDK的源碼和一些開發(fā)常用框架，再次深入源碼對組合模式的使用。
三、應(yīng)用
通過查詢資料可知，組合模式在Jdk中的應(yīng)用主要是集合類HashMap和Mybtis中的SqlNode。
我們分別看其實現(xiàn)。
1、jdk中HashMap的運(yùn)用
在HashMap中有一個父類AbstractMap和一個子類Node。如下圖
我們看下源代碼：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
...
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
putMapEntries(m, true);
}
...
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
if (s > 0) {
if (table == null) { // pre-size
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
else if (s > threshold)
resize();
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
...
}putAll()方法傳入的是Map對象，Map就是一個抽象構(gòu)件（同時這個構(gòu)件中只支持健值對的存儲格式），而HashMap是一個中間構(gòu)件，HashMap中的Node節(jié)點就是葉子節(jié)點。
Node是HashMap中的一個內(nèi)部類，HashMap的存儲節(jié)點指的正是Node，讀者可以重點看這個類的實現(xiàn)。
在這個實例中，HashMap就是樹枝節(jié)點，Node就是葉節(jié)點，Map就是根節(jié)點。
2、Mybtis中的SqlNode
SqlNode是一個接口，主要功能就是構(gòu)造SQL語句。
public interface SqlNode {
boolean apply(DynamicContext context);
}
SqlNode有一大堆的實現(xiàn)類，我們看其中的MixedSqlNode。
public class MixedSqlNode implements SqlNode {
private final List<SqlNode> contents;
public MixedSqlNode(List<SqlNode> contents) {
this.contents = contents;
}
@Override
public boolean apply(DynamicContext context) {
contents.forEach(node -> node.apply(context));
return true;
}
}SqlNode就充當(dāng)組合模式中的Root，而他的眾多子類作用就在于拼接各種類型的SQL，在組合模式的角色中相當(dāng)于樹枝節(jié)點。其中在TrimSqlNode 中有一個子類WhereSqlNode就充當(dāng)組合模式中的樹葉節(jié)點。
這兩個都屬于組合模式中的典型例子，讀者體會下使用這種模式的好處，和如果不使用組合模式應(yīng)該怎樣實現(xiàn)。
通過這兩個例子我們應(yīng)該可以看到，設(shè)計模式的使用中并不是完全遵循各自的角色，更多的是設(shè)計模式中的一些變種，讀者不深入源碼并不能了解到該模式的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。讀者需要做的就是盡可能的熟悉設(shè)計模式，在自己開發(fā)過程中可以“擇優(yōu)錄取”。
四、總結(jié)
到這里組合模式也就介紹完了，這種模式的優(yōu)缺點都非常的明顯，優(yōu)點就在于清楚的定義分層次的結(jié)構(gòu)，在調(diào)用時忽略他們之間的差異，方便對整個層次進(jìn)行控制，但是組合模式會違反依賴倒置原則。
理解是一回事，在實際應(yīng)用中能正確的使用它就是另外一回事了。
讀者要對每種設(shè)計模式都能做到心中有數(shù)，當(dāng)我們在實際編程中，在潛意識里有各個設(shè)計模式的大體輪廓，參考代入進(jìn)各種設(shè)計模式中，對于簡化開發(fā)和易于維護(hù)性有沒有好的幫助，選擇一個最優(yōu)的設(shè)計模式。
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，謝謝大家對腳本之家的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請查看下面相關(guān)鏈接
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