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【设计模式】【结构型模式】组合模式（Composite）

news 来源：原创 2025/9/21 13:12:47

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文章目录

一、入门
什么是组合模式
为什么有要组合模式？
怎么样实现组合模式？

二、总结
组合模式的优点
组合模式的缺点
组合模式的适用场景

一、入门

什么是组合模式

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次关系。组合模式使得客户端可以统一处理单个对象和组合对象，而无需关心它们的具体类型。

组合模式的核心思想是：将对象组织成树形结构，使得对单个对象和组合对象的操作具有一致性。

为什么有要组合模式？

假设我们正在开发一个电商平台，需要管理商品的分类和展示。商品分类是一个典型的树形结构，比如：

电子产品
- 手机
  - 苹果手机
  - 安卓手机
- 电脑
  - 笔记本电脑
  - 台式机
服装
- 男装
- 女装

在这个系统中，每个分类（如“电子产品”）可以包含子分类（如“手机”），也可以包含具体的商品（如“苹果手机”）
不使用组合模式的实现：

// 分类类
public class Category {private String name;private List<Category> subCategories = new ArrayList<>();private List<Product> products = new ArrayList<>();public Category(String name) {this.name = name;}public void addSubCategory(Category category) {subCategories.add(category);}public void addProduct(Product product) {products.add(product);}public void display() {System.out.println("分类: " + name);for (Category category : subCategories) {category.display();}for (Product product : products) {product.display();}}
}// 商品类
public class Product {private String name;public Product(String name) {this.name = name;}public void display() {System.out.println("商品: " + name);}
}

客户端代码

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建商品Product iphone = new Product("iPhone 15");Product macbook = new Product("MacBook Pro");// 创建子分类Category phones = new Category("手机");phones.addProduct(iphone);Category computers = new Category("电脑");computers.addProduct(macbook);// 创建顶级分类Category electronics = new Category("电子产品");electronics.addSubCategory(phones);electronics.addSubCategory(computers);// 展示分类结构electronics.display();}
}

存在问题

代码重复：Category和Product需要分别定义display方法。
类型判断：如果需要统一处理分类和商品，客户端需要频繁判断对象类型。
扩展性差：新增节点类型（如“品牌”）时，需要修改大量代码。
难以维护：嵌套层次较深时，代码会变得混乱。

怎么样实现组合模式？

组合模式的组成：
抽象组件（Component）：

作用：定义所有节点（叶子节点和复合节点）的通用接口或抽象类。
职责：
- 声明所有节点共有的方法（如display、add、remove等）。
- 提供默认实现（可选）。
特点：
- 是叶子节点和复合节点的父类或接口。
- 客户端通过抽象组件与具体节点交互。

叶子节点（Leaf）

作用：表示树形结构中的叶子节点，没有子节点。
职责：
- 实现抽象组件定义的方法。
- 通常是树形结构中的最小单元。
特点：
- 不能包含其他节点。
- 是组合模式中的“部分”。

复合节点（Composite）

作用：表示树形结构中的复合节点，可以包含子节点（叶子节点或其他复合节点）。
职责：
- 实现抽象组件定义的方法。
- 管理子节点（如添加、删除、遍历子节点）。
特点：
- 可以包含其他节点。
- 是组合模式中的“整体”。

【案例】电商分类 - 改
在这里插入图片描述
抽象组件（Component）:定义所有节点（分类和商品）的通用行为。

public abstract class ProductCategory {protected String name;public ProductCategory(String name) {this.name = name;}public abstract void display();
}

叶子节点（Leaf）：表示具体的商品，没有子节点。

public class Product extends ProductCategory {public Product(String name) {super(name);}@Overridepublic void display() {System.out.println("商品: " + name);}
}

复合节点（Composite）:表示分类，可以包含子分类或商品。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Category extends ProductCategory {private List<ProductCategory> children = new ArrayList<>();public Category(String name) {super(name);}public void add(ProductCategory category) {children.add(category);}@Overridepublic void display() {System.out.println("分类: " + name);for (ProductCategory child : children) {child.display();}}
}

客户端使用

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建商品ProductCategory iphone = new Product("iPhone 15");ProductCategory macbook = new Product("MacBook Pro");// 创建子分类Category phones = new Category("手机");phones.add(iphone);Category computers = new Category("电脑");computers.add(macbook);// 创建顶级分类Category electronics = new Category("电子产品");electronics.add(phones);electronics.add(computers);// 展示分类结构electronics.display();}
}// 结果
// 分类: 电子产品
// 分类: 手机
// 商品: iPhone 15
// 分类: 电脑
// 商品: MacBook Pro

二、总结

组合模式的优点

统一处理单个对象和组合对象
- 核心优势：客户端无需区分处理的是叶子节点（单个对象）还是复合节点（组合对象）。
- 案例：在文件系统中，无论是文件（叶子节点）还是文件夹（复合节点），都可以统一调用display()方法展示信息。
简化客户端代码
- 核心优势：客户端不需要写复杂的条件判断（如if-else）来处理不同类型的节点。
- 案例：在电商平台的商品分类系统中，客户端只需调用display()方法，无论是单品还是套餐都能自动递归处理。
扩展性强
- 核心优势：新增节点类型时，只需继承抽象组件，符合开闭原则。
- 案例：若要在组织架构中新增“项目组”类型，只需继承OrganizationUnit，不影响现有代码。
树形结构清晰
- 核心优势：天然支持递归和嵌套，能直观表示“部分-整体”的层次关系。
- 案例：UI框架（如Java Swing）通过组合模式构建组件树，方便渲染和事件传递。

组合模式的缺点

设计复杂性
- 问题：需要抽象组件同时定义叶子节点和复合节点的行为，可能导致接口臃肿。
- 案例：如果叶子节点（如File）需要实现复合节点的add()方法，只能抛出异常（UnsupportedOperationException），不够优雅。
类型系统的限制
- 问题：客户端可能仍需通过instanceof检查类型，破坏透明性。
- 案例：在文件系统中，若需要对目录（复合节点）执行特殊操作（如计算总大小），客户端可能被迫检查类型。
过度泛化
- 问题：如果业务场景没有明确的层次结构，强行使用组合模式会导致设计过度复杂。
- 案例：简单的商品列表不需要组合模式，直接使用集合即可。

组合模式的适用场景

树形结构的数据
- 场景：需要表示对象的“部分-整体”层次关系。
- 典型案例：
  - 文件系统（文件 + 文件夹）
  - UI组件树（按钮 + 面板）
  - 组织架构（员工 + 部门）
需要统一操作所有节点
- 场景：希望对所有节点执行相同操作（如渲染、计算总价、权限校验）。
- 典型案例：
  - 电商平台计算单品和套餐的总价格。
  - 游戏场景中渲染所有游戏对象（角色、道具、地图）。
动态组合嵌套结构
- 场景：需要动态地添加、删除或嵌套节点。
- 典型案例：
  - 菜单系统（支持菜单项和子菜单）。
  - 权限管理系统（角色可以包含多个权限，权限可以嵌套）。

【设计模式】【结构型模式】组合模式（Composite）

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