9.设计模式-COMPOSITE（组合）

一、模式定义与核心价值

组合模式是一种结构型设计模式，其核心目标是表示对象的部分-整体层次结构，使得客户端可以统一处理单个对象和组合对象。该模式通过树形结构组织对象，解决以下核心问题：

1. 统一接口：消除叶子节点（简单对象）与容器节点（复合对象）的差异，使客户端无需区分操作类型
2. 递归处理：支持对树形结构的深度遍历与批量操作（如渲染、删除、权限校验）
3. 动态扩展：允许运行时动态添加/删除节点，构建复杂层次结构

工业级价值：

• 文件系统管理（文件与文件夹的统一操作）
• UI组件库开发（嵌套组件的统一渲染）
• 组织架构建模（部门与员工的层级关系）

---

二、模式组成与UML类图

核心角色：

1. Component（抽象构件）：

• • 定义所有对象的统一接口（如display()方法）
  • 声明管理子节点的方法（add()/remove()），默认实现可抛出异常

1. Leaf（叶子构件）：

• • 表示树形结构的末端节点（如单个文件、按钮）
  • 不包含子节点，实现基础业务逻辑

1. Composite（容器构件）：

• • 存储子构件集合（List/Map结构）
  • 实现递归操作逻辑（如遍历渲染子节点）

UML类图：

classDiagram
    class Component {
        <<interface>>
        +operation()
        +add(Component)
        +remove(Component)
        +getChild(int)
    }

    class Leaf {
        +operation()
    }

    class Composite {
        -children: List<Component>
        +operation()
        +add(Component)
        +remove(Component)
        +getChild(int)
    }

    Component <|-- Leaf
    Component <|-- Composite
    Composite o-- Component

---

三、代码实现示例

场景：实现文件系统管理（文件与文件夹的统一操作）

1. 抽象构件（Component）

public abstract class FileSystemComponent {
    protected String name;

    public FileSystemComponent(String name) {
        this.name = name;
    }

    // 基础操作
    public abstract void display(int indent);

    // 容器方法（默认不支持）
    public void add(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void remove(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

2. 叶子构件（Leaf）

public class File extends FileSystemComponent {
    public File(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void display(int indent) {
        System.out.println(" ".repeat(indent) + "📄 " + name);
    }
}

3. 容器构件（Composite）

public class Directory extends FileSystemComponent {
    private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();

    public Directory(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void display(int indent) {
        System.out.println(" ".repeat(indent) + "📁 " + name);
        children.forEach(child -> child.display(indent + 2));
    }

    @Override
    public void add(FileSystemComponent component) {
        children.add(component);
    }

    @Override
    public void remove(FileSystemComponent component) {
        children.remove(component);
    }
}

4. 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Directory root = new Directory("Project");

        Directory src = new Directory("src");
        src.add(new File("Main.java"));
        src.add(new File("Utils.java"));

        Directory test = new Directory("test");
        test.add(new File("MainTest.java"));

        root.add(src);
        root.add(test);
        root.display(0);
    }
}

/* 输出：
📁 Project
  📁 src
    📄 Main.java
    📄 Utils.java
  📁 test
    📄 MainTest.java
*/

---

四、工业级源码应用

1. Java集合框架

• • java.util.Collections.unmodifiableList()：返回的不可变列表本质是组合模式实现，统一处理单个元素与子列表

1. Android UI系统

• • ViewGroup与View：ViewGroup作为容器构件管理子视图，Button/TextView作为叶子构件，通过onDraw()统一渲染

1. Spring框架

• • CompositeCacheManager：组合多个缓存管理器（如Redis+Ehcache），提供统一的缓存操作接口

1. 游戏开发引擎

• • Unity的GameObject：支持嵌套父子对象，通过Transform组件实现层级变换的统一管理

1. 前端框架

• • React的虚拟DOM树：组件树通过组合模式构建，ReactElement作为抽象构件，DOM节点与自定义组件分别实现叶子/容器逻辑3****6

---

五、模式优劣与选型建议

优势：

• 简化客户端逻辑：屏蔽对象类型差异，统一操作接口
• 支持递归处理：天然适合树形结构遍历（如权限校验、数据统计）
• 高扩展性：新增节点类型无需修改现有代码（开闭原则）

劣势：

• 接口污染风险：容器方法可能对叶子节点无意义（需权衡透明性与安全性）
• 性能损耗：深层次递归遍历可能影响效率（需结合缓存优化）

最佳实践：

1. 优先透明性：在安全要求不高的场景，保持接口统一性
2. 限制树深度：避免超深嵌套导致栈溢出（可改用迭代遍历）
3. 结合访问者模式：解耦树操作与业务逻辑，提升可维护性

---

总结

组合模式通过树形结构组织与统一接口抽象，为复杂层次系统提供了优雅的解决方案。在Java生态中，该模式已深度融入集合框架、Spring等核心组件，并在前端、游戏引擎等领域展现强大生命力。掌握组合模式的关键在于准确识别树形结构需求，并在透明性与安全性之间找到平衡点，从而构建出灵活可扩展的层级管理系统。