Java设计模式之-组合模式(Composite)

说起OO的特点,大家脑海中会立刻蹦出几个词:多态、继承(is-a)、组合(has-a)。

其中组合既可以作为一个特性,也可以作为一种特定的设计模式,但在两种场合中的含义有些区别。


OO特点------组合

当把现实世界的各种物体抽象为类之后,很自然地想到类与类之间还存在不同的关系。重要的两种就是“is-a”"has-a"。其中"has-a"就表示了组合,即:

Class Macan extends Prosche{
    private Machine machine;
    private List<Tire> tires;
    private Framework framework; 
}

一辆macan首先是一辆保时捷(is-a),而一辆macan有一个车框架,一个发动机和多个轮子(has-a)。按照这一理念建立起来的类便体现了组合的思想。

下面我们再看看设计模式中的组合是如何实现的。


存在某种类A,它实现了接口I中定义的操作;另外存在类B,它表示了一个包含多个实现I接口的类的集合,且为了使B和它所包含的类的行为一致,B自身也应实现I接口。因此,B所包含的可能是A,也可能是另外一个或多个包含了A的B'


组合模式

这张图中MachineComponent是一个虚拟类,而非接口,而Machine和MachineComposite均继承了该类。另外在MachineComposite中还保存了一个MachineComponent的数组。这样就已经建立其了组合模式的基本结构。
但是在组合模式中需要特别关注的一点就是:是否有树形结构是否有环形结构
还是看上图的isTree函数,来判断当前是否是一个树。

在MachineComponent中我们定义:

public boolean isTree(){
    return isTree(new HashSet<MachineComponent>());
}

protected abstract boolean isTree(Set<? extends MachineComponent> visited);

而在子类中,我们实现该isTree函数:

protected boolean isTree(Set visited) {
    if (visited.contains(this)) return false;
    visited.add(this);
    for (MachineComponent m : components) {
        if (!m.isTree(visited)) return false;
    }
    return true;
}

可以发现,在isTree我们维护了一个Set,以保证每一个元素只被访问了一次。如果存在当前元素已经在Set中的,isTree函数便会返回false.
判断是否为树结构非常重要,因为当我们对组合进行迭代遍历时,很可能不允许某一个子类被遍历多次。例如当前需要计算所有Machine的数量,如果有两个组合使用了同一个Machine,在组合进行计数时便会将其计算两次,这显然与实际不符。

另外整个组合中是否有环也需要仔细考虑。如果A中有B,B中有C,C中又有A,这个时候如果对A进行类似计数的操作,很可能就会发生死循环。如果对其进行类似isTree中访客记录的处理,可以避免此问题。


综上,组合包含了两个主要的特性:

  1. 一个组合对象,可以包含对应的单个对象,也可以包含另一个合适的组合对象。
  2. 组合对象与单个对象应该实现共同的接口或继承共同的虚类,以获得相同的行为。
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