当前位置：首页 > news >正文

设计模式 - 组合模式：用树形结构处理对象之间的复杂关系

news 2025/8/4 10:17:52

文章目录

一、引言
二、模式原理分析
三、代码示例
四、核心要点
五、使用场景分析
六、案例
七、为何使用组合模式？
八、优缺点剖析
九、最佳实践建议
十、总结

在这里插入图片描述

一、引言

“组合模式”（Composite Pattern）常被误解为“组合关系”。前者专注于将对象组合成树形结构来表示“整体—部分”的层次，并允许客户端以一致方式处理单个对象和组合对象；后者仅指通过封装多种对象完成某个功能。尽管组合模式在日常项目中并不如装饰、代理那样频繁，但它对于处理复杂结构、理解框架源码、数据库索引等场景至关重要。

二、模式原理分析

定义：将对象组合成树形结构以表示整体—部分的层次结构，客户端可统一对待单个对象和组合对象。

关键：
1. 树形分层：组织节点形成多级结构。
2. 统一操作：对叶子与组合节点调用同一接口。

下图为组合模式 UML：

角色说明：

抽象组件（Component）：定义公共接口（如 operation()）。
叶子节点（Leaf）：树的最底层，不再有子节点，实现抽象组件接口。
组合节点（Composite / Node）：可包含子组件，维护子列表并在其操作中遍历调用子组件。

三、代码示例

// 抽象组件
public abstract class Component {public abstract void operation();
}// 叶子节点
public class Leaf extends Component {@Overridepublic void operation() {// 叶子节点具体操作逻辑}
}// 组合节点
public class Node extends Component {private List<Component> children = new ArrayList<>();@Overridepublic void operation() {// 遍历所有子节点，统一调用for (Component child : children) {child.operation();}}public void add(Component c) {children.add(c);}public void remove(Component c) {children.remove(c);}public Component getChild(int index) {return children.get(index);}
}

注意：遍历可能用递归、深度优先或广度优先，不必局限于简单for循环，具体算法可根据场景灵活选用。

四、核心要点

组合模式封装了：

叶子与组合节点的区别；
真实结构的多种形态（树、环、双向链）；
遍历算法的策略（深/广度、排序、过滤等）；
操作策略（聚合、搜索、修改等）。

客户端只需面向统一接口，无需关心内部结构细节。

五、使用场景分析

树形结构管理：组织架构、文件系统、商品订单层次。
跨层级聚合统计：统计某部门或文件夹下所有子项的数据。
统一操作集合：对结构中所有节点执行新增、删除、查找等相同行为。

示例：订单信息计算
订单包含商品、发票、包装盒，盒子中可嵌套更小盒子，结构呈“倒置树”。组合模式可递归累加每层节点的金额、促销与抵扣，使计算逻辑简洁一致。

六、案例

公司组织架构：总经理→部门经理→组长→员工，各层均可“统计人数”“发放奖金”。

定义抽象组件 OrgComponent，声明统一操作：统计人数和发放奖金。
实现叶子节点 Employee，表示员工。
实现组合节点 Department，表示部门，可添加/移除子组件，并递归实现操作。
提供示例构建组织架构并执行操作。

// 抽象组件
public abstract class OrgComponent {protected String name;public OrgComponent(String name) {this.name = name;}// 统计该节点及子节点的总人数public abstract int countEmployees();// 按指定金额发放奖金public abstract void distributeBonus(double amount);
}// 叶子节点：员工
public class Employee extends OrgComponent {public Employee(String name) {super(name);}@Overridepublic int countEmployees() {return 1;  // 单个员工}@Overridepublic void distributeBonus(double amount) {System.out.printf("给员工 %s 发放奖金：%.2f 元%n", name, amount);}
}// 组合节点：部门/职位
public class Department extends OrgComponent {private List<OrgComponent> children = new ArrayList<>();public Department(String name) {super(name);}public void add(OrgComponent comp) {children.add(comp);}public void remove(OrgComponent comp) {children.remove(comp);}@Overridepublic int countEmployees() {int total = 0;for (OrgComponent comp : children) {total += comp.countEmployees();}return total;}@Overridepublic void distributeBonus(double amount) {System.out.printf("给部门 %s 总计 %.2f 元奖金，按人数平均分配：%d 人%n",name, amount, countEmployees());double perCapita = amount / countEmployees();for (OrgComponent comp : children) {comp.distributeBonus(perCapita);}}
}// 示例使用
public class CompanyDemo {public static void main(String[] args) {// 构建组织架构Department root = new Department("总经理");Department deptA = new Department("部门经理A");Department teamA1 = new Department("组长A1");teamA1.add(new Employee("张三"));teamA1.add(new Employee("李四"));Department teamA2 = new Department("组长A2");teamA2.add(new Employee("王五"));deptA.add(teamA1);deptA.add(teamA2);Department deptB = new Department("部门经理B");deptB.add(new Employee("赵六"));deptB.add(new Employee("钱七"));root.add(deptA);root.add(deptB);// 统计总人数System.out.println("公司总人数: " + root.countEmployees() + " 人");// 发放奖金 10000 元root.distributeBonus(10000.0);}
}

运行结果示例

公司总人数: 6 人
给部门 总经理 总计 10000.00 元奖金，按人数平均分配：6 人
给部门 部门经理A 总计 3333.33 元奖金，按人数平均分配：4 人
给部门 组长A1 总计 833.33 元奖金，按人数平均分配：2 人
给员工 张三 发放奖金：416.67 元
给员工 李四 发放奖金：416.67 元
给部门 组长A2 总计 833.33 元奖金，按人数平均分配：1 人
给员工 王五 发放奖金：833.33 元
给部门 部门经理B 总计 3333.33 元奖金，按人数平均分配：2 人
给员工 赵六 发放奖金：1666.67 元
给员工 钱七 发放奖金：1666.67 元