组合模式 (Composite)
场景问题
问题案例
考虑这样一个实际的业务场景：公司组织架构的管理。一个公司有多个部门，每个部门下又可以有子部门或员工。比如：
- 总公司下有财务部、技术部
- 技术部下有开发组、测试组
- 每个组下有具体的员工
现在需要实现一个功能：打印出整个公司的组织结构。
不用模式的解决方案
实现简化版本
最直接的做法是分别为部门和员工设计不同的类：
// 员工类
public class Employee {
private String name;
public Employee(String name) { this.name = name; }
public void print() {
System.out.println("员工：" + name);
}
}
// 部门类
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Department {
private String name;
private List<Department> subDepartments = new ArrayList<>();
private List<Employee> employees = new ArrayList<>();
public Department(String name) { this.name = name; }
public void addDepartment(Department dept) { subDepartments.add(dept); }
public void addEmployee(Employee emp) { employees.add(emp); }
public void print() {
System.out.println("部门：" + name);
for (Employee e : employees) e.print();
for (Department d : subDepartments) d.print();
}
}
使用示例
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Department root = new Department("总公司");
Department tech = new Department("技术部");
Department dev = new Department("开发组");
Department test = new Department("测试组");
tech.addDepartment(dev);
tech.addDepartment(test);
root.addDepartment(tech);
root.addEmployee(new Employee("总经理"));
dev.addEmployee(new Employee("开发1号"));
test.addEmployee(new Employee("测试1号"));
root.print();
}
}
有何问题
这种实现方式虽然可以工作，但存在明显问题：
- 客户端需要区分部门和员工，操作不统一。
- 如果要扩展为更多层级或类型，代码会变得复杂。
- 不能很好地支持树形结构的灵活扩展。
如果要对所有组织结构统一处理（比如递归打印、统计人数等），会非常不方便。
解决方案
组合模式的定义
将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
应用组合模式的思路
- 定义一个统一的接口（如OrganizationComponent），部门和员工都实现该接口。
- 部门可以包含子部门和员工，员工为叶子节点。
- 客户端只需操作统一接口，无需关心是部门还是员工。
组合模式的结构
- OrganizationComponent：抽象组件，定义统一接口。
- Department：组合节点，可以包含子节点。
- Employee：叶子节点，不能再包含子节点。
组合模式的实现
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 抽象组件
public abstract class OrganizationComponent {
protected String name;
public OrganizationComponent(String name) { this.name = name; }
public void add(OrganizationComponent component) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void remove(OrganizationComponent component) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public abstract void print();
}
// 组合节点：部门
public class Department extends OrganizationComponent {
private List<OrganizationComponent> children = new ArrayList<>();
public Department(String name) { super(name); }
@Override
public void add(OrganizationComponent component) {
children.add(component);
}
@Override
public void remove(OrganizationComponent component) {
children.remove(component);
}
@Override
public void print() {
System.out.println("部门：" + name);
for (OrganizationComponent c : children) {
c.print();
}
}
}
// 叶子节点：员工
public class Employee extends OrganizationComponent {
public Employee(String name) { super(name); }
@Override
public void print() {
System.out.println(" 员工：" + name);
}
}
使用示例
public class Client {
public static void main(String[] args) {
OrganizationComponent root = new Department("总公司");
OrganizationComponent tech = new Department("技术部");
OrganizationComponent dev = new Department("开发组");
OrganizationComponent test = new Department("测试组");
tech.add(dev);
tech.add(test);
root.add(tech);
root.add(new Employee("总经理"));
dev.add(new Employee("开发1号"));
test.add(new Employee("测试1号"));
root.print();
}
}
组合重写示例
示例结构
用mermaid画出公司组织结构的树形关系：
示例代码
见上文"组合模式的实现"部分。
模式讲解
组合模式的功能
- 统一了叶子节点和组合节点的操作，客户端无需区分。
- 适用于树形结构的场景，如组织结构、文件系统、菜单等。
实现成接口
- 可以将抽象组件定义为接口或抽象类，具体实现视需求而定。
- 叶子节点和组合节点都实现统一接口。
使用工厂方法
- 可以结合工厂方法模式，统一创建节点对象。
切换产品簇
- 组合模式可用于切换不同的树形结构产品簇，如不同类型的组织结构。