@w1992wishes
2018-03-13T06:18:09.000000Z
字数 8002
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设计模式
结构型模式
本文的结构如下:
树形结构是很常见的,比如目录系统,随便点开一个文件夹,文件夹下面可能有文件,也有子文件夹,子文件夹中还有子子文件夹和文件......
还有导航中的菜单。
还有公司的部门构造等,展开来看都是树形的结构。
这些树形结构在面向对象的世界中一般是用组合模式来处理的。
组合模式通过一种巧妙的设计方案,可以一致性地处理整个树形结构或者树形结构的一部分,也可以一致性地处理树形结构中的叶子节点(不包含子节点的节点)和容器节点(包含子节点的节点)。
对于树形结构,当容器对象(如文件夹)的某一个方法被调用时,将遍历整个树形结构,寻找也包含这个方法的成员对象(可以是容器对象,也可以是叶子对象)并调用执行。这是靠递归调用的机制实现的。
由于容器对象和叶子对象在功能上的区别,在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象,而实际上大多数情况下我们希望一致地处理它们,因为对于这些对象的区别对待将会使得程序非常复杂。组合模式为解决此类问题而诞生,它可以让叶子对象和容器对象的使用具有一致性。
组合模式定义如下:
组合模式(Composite Pattern):组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层次结构。组合模式对单个对象(即叶子对象)和组合对象(即容器对象)的使用具有一致性,组合模式又可以称为“整体—部分”(Part-Whole)模式,它是一种对象结构型模式。
组合模式的UML类图如下:
在组合模式结构图中包含如下几个角色:
组合模式的关键是定义了一个抽象构件类,它既可以代表叶子,又可以代表容器,而客户端针对该抽象构件类进行编程,无须知道它到底表示的是叶子还是容器,可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系,在容器对象中既可以包含叶子,也可以包含容器,以此实现递归组合,形成一个树形结构。
如果不使用组合模式,客户端代码将过多地依赖于容器对象复杂的内部实现结构,容器对象内部实现结构的变化将引起客户代码的频繁变化,带来了代码维护复杂、可扩展性差等弊端。组合模式的引入将在一定程度上解决这些问题。
一般将抽象构件类设计为接口或抽象类,将所有子类共有方法的声明和实现放在抽象构件类中。对于客户端而言,将针对抽象构件编程,而无须关心其具体子类是容器构件还是叶子构件。
public abstract class Component {
/**
* 增加成员
* @param c
*/
public void add(Component c){
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* 删除成员
* @param c
*/
public void remove(Component c){
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* 获取成员
* @param i
* @return
*/
public Component getChild(int i){
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* 业务方法
*/
public void operation(){
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
为什么所有方法都抛出UnsupportedOperationException?是因为有些方法只对容器构件有意义,而有些方法只对叶子构件有意义,这样,如果某个子构件不支持某个操作,直接继承默认方法就可以了。
叶子构件继承自抽象构建抽象构建:
public class Leaf extends Component {
@Override
public void operation(){
System.out.println("子构件");
}
}
叶子构件不能再包含子构件,因此在叶子构件中只需事先业务方法,其他默认继承,抛出为什么所有方法都抛出UnsupportedOperationException。
public class Composite extends Component {
private List<Component> list = new ArrayList<Component>();
@Override
public void add(Component c){
list.add(c);
}
@Override
public void remove(Component c) {
list.remove(c);
}
@Override
public Component getChild(int i) {
return list.get(i);
}
@Override
public void operation(){
for (Component child: list){
child.operation();
}
}
}
容器构件中实现了在抽象构件中声明的所有方法,既包括业务方法,也包括用于访问和管理成员子构件的方法。
需要注意的是在实现具体业务方法时,由于容器构件充当的是容器角色,包含成员构件,因此它将调用其成员构件的业务方法。在组合模式结构中,由于容器构件中仍然可以包含容器构件,因此在对容器构件进行处理时需要使用递归算法,即在容器构件的operation()方法中递归调用其成员构件的operation()方法。
假设这样的场景:
在电脑E盘有个文件夹,该文件夹下面有很多文件,有视频文件,有音频文件,有图像文件,还有包含视频、音频及图像的文件夹,十分杂乱,现希望将这些杂乱的文件展示出来。
这里其实就是一个树形结构,根据一定的规则分类后,大致是这样的:
注:当然可以一个循环遍历就搞定了,因为这里用的是文件的形式,如果是别的形式呢?所以不要太较真了,只是举例。
public class MusicFile {
private String name;
public MusicFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
public class VideoFile {
private String name;
public VideoFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
public class ImageFile {
private String name;
public ImageFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
public class Folder {
private String name;
//音乐
private List<MusicFile> musicList = new ArrayList<MusicFile>();
//视频
private List<VideoFile> videoList = new ArrayList<VideoFile>();
//图片
private List<ImageFile> imageList = new ArrayList<ImageFile>();
//文件夹
private List<Folder> folderList = new ArrayList<Folder>();
public Folder(String name){
this.name = name;
}
public void addFolder(Folder folder){
folderList.add(folder);
}
public void addImage(ImageFile image){
imageList.add(image);
}
public void addVideo(VideoFile video){
videoList.add(video);
}
public void addMusic(MusicFile music){
musicList.add(music);
}
public void print(){
for (MusicFile music : musicList){
music.print();
}
for (VideoFile video : videoList){
video.print();
}
for(ImageFile image : imageList){
image.print();
}
for (Folder folder : folderList){
folder.print();
}
}
}
客户端测试:
public class Client {
public static void main(String[] args) {
MusicFile m1 = new MusicFile("尽头.mp3");
MusicFile m2 = new MusicFile("飘洋过海来看你.mp3");
MusicFile m3 = new MusicFile("曾经的你.mp3");
MusicFile m4 = new MusicFile("take me to your heart.mp3");
VideoFile v1 = new VideoFile("战狼2.mp4");
VideoFile v2 = new VideoFile("理想.avi");
VideoFile v3 = new VideoFile("琅琊榜.avi");
ImageFile i1 = new ImageFile("敦煌.png");
ImageFile i2 = new ImageFile("baby.jpg");
ImageFile i3 = new ImageFile("girl.jpg");
Folder aa = new Folder("aa");
aa.addImage(i3);
Folder bb = new Folder("bb");
bb.addMusic(m4);
bb.addVideo(v3);
Folder top = new Folder("top");
top.addFolder(aa);
top.addFolder(bb);
top.addMusic(m1);
top.addMusic(m2);
top.addMusic(m3);
top.addVideo(v1);
top.addVideo(v2);
top.addImage(i1);
top.addImage(i2);
top.print();
}
}
如果采用上述的形式,有几个缺点:
为了让系统具有更好的灵活性和可扩展性,客户端可以一致地对待文件和文件夹,定义一个抽象构件AbstractFile,Folder充当容器构件,MusicFile、VideoFile和ImageFile充当叶子构件。
抽象构件AbstractFile:
public abstract class AbstractFile {
public void add(AbstractFile file){
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void remove(AbstractFile file){
throw new UnsupportedOperationException();
}
public AbstractFile getChild(int i){
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void print(){
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
叶子构件:
public class MusicFile extends AbstractFile{
private String name;
public MusicFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
public class VideoFile extends AbstractFile{
private String name;
public VideoFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
public class ImageFile extends AbstractFile{
private String name;
public ImageFile(String name){
this.name = name;
}
public void print(){
System.out.println(name);
}
}
容器构件:
public class Folder extends AbstractFile{
private String name;
private List<AbstractFile> files = new ArrayList<AbstractFile>();
public Folder(String name){
this.name = name;
}
@Override
public void add(AbstractFile file){
files.add(file);
}
@Override
public void remove(AbstractFile file){
files.remove(file);
}
@Override
public AbstractFile getChild(int i){
return files.get(i);
}
@Override
public void print(){
for (AbstractFile file : files){
file.print();
}
}
}
客户端测试:
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractFile m1 = new MusicFile("尽头.mp3");
AbstractFile m2 = new MusicFile("飘洋过海来看你.mp3");
AbstractFile m3 = new MusicFile("曾经的你.mp3");
AbstractFile m4 = new MusicFile("take me to your heart.mp3");
AbstractFile v1 = new VideoFile("战狼2.mp4");
AbstractFile v2 = new VideoFile("理想.avi");
AbstractFile v3 = new VideoFile("琅琊榜.avi");
AbstractFile i1 = new ImageFile("敦煌.png");
AbstractFile i2 = new ImageFile("baby.jpg");
AbstractFile i3 = new ImageFile("girl.jpg");
AbstractFile aa = new Folder("aa");
aa.add(i3);
AbstractFile bb = new Folder("bb");
bb.add(m4);
bb.add(v3);
AbstractFile top = new Folder("top");
top.add(aa);
top.add(bb);
top.add(m1);
top.add(m2);
top.add(m3);
top.add(v1);
top.add(v2);
top.add(i1);
top.add(i2);
top.print();
}
}
用组合模式提供一个抽象构件后,客户端可以一致对待容器构件和叶子构件,进行统一处理,并且大量减少了冗余,扩展性也很好,新增TextFile无需修改Folder源码,只需修改客户端即可。
当然,这里似乎有点违法“迭代器模式”中讲的“单一职责原则”,的确是,抽象构件不但要管理层次结构,还要执行一些业务操作。
我觉得应该这样理解问题,设计模式并不应该是生套似的,各种设计原则也并不是说一定不能破坏的,所有的种种都是为了更好的解决问题,更好的进行扩展维护,当适度破坏既定的原则,却可以更好的解决问题时,显然这里以单一设计原则换取了透明性,这种折中方案是可取的。
组合模式的主要优点如下:
组合模式的主要缺点如下:
在以下情况下可以考虑使用组合模式:
组合模式使用面向对象的思想来实现树形结构的构建与处理,描述了如何将容器对象和叶子对象进行递归组合,实现简单,灵活性好。由于在软件开发中存在大量的树形结构,因此组合模式是一种使用频率较高的结构型设计模式,Java SE中的AWT和Swing包的设计就基于组合模式,在这些界面包中为用户提供了大量的容器构件(如Container)和成员构件(如Checkbox、Button和TextArea等)。