结构型模式-组合模式
定义：
组合模式(Composite Pattern)也叫合成模式，有时又叫做部分-整体模式（Part-Whole）， 主要是用来描述部分与整体的关系，其定义如下： Compose objects into tree structures to represent part-whole hierarchies.Composite lets clients treat individual objects and compositions of objects uniformly.（将对象组合成树形结构以表 示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。）
组合模式通用类图
组合设计模式的核心思想是统一抽象，即通过抽象类或接口定义叶子节点和容器节点的共同行为，使客户端无需区分具体是单个对象还是对象组合，都能以相同的方式进行处理。这样既简化了客户端代码，又方便了树形结构的扩展和维护。
角色：
组合模式包含以下几个核心角色：
1、组件（Component）：是组合中的对象接口，它为叶子节点和容器节点提供了统一的抽象。组件接口定义了所有对象都具备的通用方法，例如添加子组件、移除子组件、执行操作等。这些方法在叶子节点和容器节点中的实现可能不同，但客户端可以通过该接口统一调用。
2、叶子节点（Leaf）：是组合中的最底层对象，它没有子节点。叶子节点实现了组件接口中定义的方法，由于没有子组件，所以像添加子组件、移除子组件这类方法在叶子节点中通常是不做实际操作或抛出异常处理。
3、容器节点（Composite）：用于存储和管理子组件，可以包含叶子节点和其他容器节点。容器节点实现了组件接口，并维护了一个子组件的集合，在实现添加子组件、移除子组件等方法时，会操作这个子组件集合，同时在执行操作方法时，会递归调用子组件的相应方法，以实现对整个组合结构的操作。
代码示例：
下面通过一个简单的文件系统示例来展示组合设计模式的实现。在这个示例中，文件是叶子节点，目录是容器节点。
// 组件接口：定义文件和目录的通用方法
public interface FileSystemComponent {
void display(int depth);
void add(FileSystemComponent component);
void remove(FileSystemComponent component);
}// 叶子节点类：文件
public class File implements FileSystemComponent {
private String name;
public File(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void display(int depth) {
for (int i = 0; i < depth; i++) {
System.out.print(" ");
}
System.out.println("- " + name);
}
@Override
public void add(FileSystemComponent component) {
throw new UnsupportedOperationException("文件不能添加子组件");
}
@Override
public void remove(FileSystemComponent component) {
throw new UnsupportedOperationException("文件不能移除子组件");
}
}// 容器节点类：目录
public class Directory implements FileSystemComponent {
private String name;
private java.util.ArrayList components = new java.util.ArrayList<>();
public Directory(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void display(int depth) {
for (int i = 0; i < depth; i++) {
System.out.print(" ");
}
System.out.println("+ " + name);
for (FileSystemComponent component : components) {
component.display(depth + 1);
}
}
@Override
public void add(FileSystemComponent component) {
components.add(component);
}
@Override
public void remove(FileSystemComponent component) {
components.remove(component);
}
} // 客户端代码
public class CompositePatternClient {
public static void main(String[] args) {
// 创建目录和文件
Directory root = new Directory("root");
Directory documents = new Directory("Documents");
Directory pictures = new Directory("Pictures");
File report = new File("report.txt");
File photo1 = new File("photo1.jpg");
// 构建文件系统结构
documents.add(report);
pictures.add(photo1);
root.add(documents);
root.add(pictures);
// 展示文件系统结构
root.display(0);
}
}优点 ：
1、简化客户端代码：客户端无需区分叶子节点和容器节点，使用统一的接口进行操作，降低了客户端代码的复杂性。
2、易于扩展：添加新的叶子节点或容器节点时，只需实现组件接口，无需修改现有代码，符合开闭原则，提高了系统的扩展性。
3、更好地模拟现实结构：能够直观地表示 “部分 - 整体” 的层次结构，使代码结构与现实世界中的树形结构更加吻合，增强了代码的可读性和可理解性。
缺点：
1、限制设计的灵活性：由于所有节点都需要实现统一的接口，对于某些叶子节点不需要的方法（如添加子组件），也必须进行处理，可能会导致一些不必要的代码或异常处理，在一定程度上限制了设计的灵活性。
2、树形结构复杂性增加：当树形结构变得非常复杂时，递归调用可能会导致性能问题，同时也增加了调试和维护的难度。
使用场景：
（一）表示树形结构数据
当系统需要处理具有 “部分 - 整体” 层次关系的树形结构数据时，如文件系统、组织结构、菜单系统等，组合设计模式能够很好地模拟这种结构，并方便地进行遍历和操作。
（二）统一处理单个对象和对象组合
如果希望客户端以一致的方式处理单个对象（叶子节点）和对象组合（容器节点），而无需区分它们的具体类型，组合设计模式可以简化客户端代码，提高代码的可维护性和扩展性。
（三）递归操作
在需要对树形结构进行递归操作的场景中，例如计算目录大小、统计组织架构中的员工数量等，组合设计模式通过容器节点的递归调用机制，可以轻松实现这些功能。
组合设计模式为处理树形结构数据提供了一种高效且优雅的解决方案，通过统一的接口实现了对单个对象和对象组合的一致操作，简化了客户端代码并提高了系统的可扩展性。在实际开发中，当遇到具有 “部分 - 整体” 层次关系的场景时，不妨考虑使用组合设计模式。但同时也要注意其带来的局限性，合理权衡后再决定是否应用。希望通过本文的介绍，你能对组合设计模式有更深入的理解，并在项目中灵活运用这一强大的设计模式。