設(shè)計模式系列教程—CompositePattern（組合模式）

11 CompositePattern（組合模式）

前言：幫助客戶用同樣的方法遍歷不同的集合。
需求：
上次Vander在Panda的幫助下，很好地解決了廚師們的菜單使用不同的集合，解決了不同集合的遍歷問題，但是市場競爭真的太激烈了，Vande在九方購物廣場的Vander奶茶店也迎來了經(jīng)營問題，所以現(xiàn)在需要將奶茶店的菜單加入到燒烤菜單中，但是添加會有什么問題呢。我們來看看現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)：

很明顯，類型不匹配，無法直接將奶茶菜單加入到Barbecue的子菜單中，別無它法，只能請所有的廚師重新設(shè)計他們的菜單，來到這里很容易就會想到樹形結(jié)構(gòu)，需要這種樹形結(jié)構(gòu)能夠容納菜單、子菜單和菜單項，并且需要能夠在每個菜單的各項間游走，需要遍歷整個菜單，包括子菜單也要遍歷。形成的樹如下所示：

正當(dāng)Vander毫無頭緒，不知道這個代碼要怎么寫的時候，Panda大師又來了，這個可以用“組合模式”解決.
下面由我Panda來說明一下組合模式。
組合模式：允許你將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)來變現(xiàn)“整體/部分”層次結(jié)構(gòu)，組合能讓客戶以一致的方式處理個別對象以及對象組合。一旦有了豐富的大菜單，我們就可以使用這個模式來“統(tǒng)一處理個別對象和組合對象”。意味著有一個樹形結(jié)構(gòu)的菜單（Menu）、子菜單和可能還帶有菜單項的子菜單，任何一個菜單都是一種“組合”，因為它既可以包括其他菜單，也可以包括菜單項（MenuItem）。個別對象只是菜單項——并未持有其他對象。菜單就是“節(jié)點”，而菜單項就是“葉子節(jié)點”。
組合模式讓我們能用樹形方式創(chuàng)建對象的結(jié)構(gòu)，樹里面包含了組合以及個別的對象，使用組合結(jié)構(gòu)，我們能把相同的操作應(yīng)用在組合和個別對象上。換句話說，就是在大多數(shù)情況下，我們可以忽略對象組合和個別對象之間的差別。用一個淺顯一點的例子把：就是一個print語句，可以print（葉子節(jié)點）、print（根）、print（子菜單）、print（菜單），就是說可以忽略它在樹里面的位置。
說了那么多，Vander還是懵逼的，接著Panda繼續(xù)講解一下組合模式的一般套路，如下圖：

解釋一下以上的圖，葉子跟組合都是繼承于組件，客戶端代碼主要是跟組件打交道，葉子就是菜單中的每個菜單項，組合指的就是菜單（BarbecueMenu、PizzaMenu等）。使用組合迭代器，就是為了可以在遍歷的時候忽略它是菜單還是菜單項，也就是說不管是葉子還是組合對客戶端代碼來說都是透明的。

這么說可能有點抽象，直接使用吧，用組合模式來重新寫菜單：

這種方式比較簡單，相當(dāng)于Menu跟MenuItem將迭代器實現(xiàn)轉(zhuǎn)移到了內(nèi)部，也就是說遍歷什么的操作都在Menu跟MenuItem自身來完成。
Menu：

public class Menu extends MenuComponent {

    ArrayList<MenuComponent> menuComponents = new ArrayList<MenuComponent>();
    
    private String name;
    
    private String desc;

    public Menu(String name, String desc) {
        this.name = name;
        this.desc = desc;
    }
    
    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.add(menuComponent);
    }
    
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.remove(menuComponent);
    }
    
    public MenuComponent getChild(int i) {
        return menuComponents.get(i);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void print() {
        System.out.println("\nname:" + getName() + "#desc:" + getDesc());
        System.out.println("----------------------------------------");
        Iterator<MenuComponent> iterator = menuComponents.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            MenuComponent menuComponent = iterator.next();
            menuComponent.print();
        }
    }
    
}

MenuItem：

public class Menu extends MenuComponent {

    ArrayList<MenuComponent> menuComponents = new ArrayList<MenuComponent>();
    
    private String name;
    
    private String desc;

    public Menu(String name, String desc) {
        this.name = name;
        this.desc = desc;
    }
    
    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.add(menuComponent);
    }
    
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.remove(menuComponent);
    }
    
    public MenuComponent getChild(int i) {
        return menuComponents.get(i);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void print() {
        System.out.println("\nname:" + getName() + "#desc:" + getDesc());
        System.out.println("----------------------------------------");
        Iterator<MenuComponent> iterator = menuComponents.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            MenuComponent menuComponent = iterator.next();
            menuComponent.print();
        }
    }
    
}

MenuComponent：

public abstract class MenuComponent {

    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public MenuComponent getChild(int i) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public String getName() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public String getDesc() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public double getPrice() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void print() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
}

MenuAdmin：

public class MenuAdmin {

    private MenuComponent menuComponent;

    public MenuAdmin(MenuComponent menuComponent) {
        super();
        this.menuComponent = menuComponent;
    }

    public void print() {
        menuComponent.print();
    }
    
}

Main：

public class Main {

    public static void main(String args[]) {
        
        Menu totalMenu = new Menu("TotalMenu", "TotalMenu");
        
        Menu pizzaMenu = new Menu("PizzaMenu", "PizzaMenu");
        Menu barbecueMenu = new Menu("barbecueMenu", "barbecueMenu");
        Menu milkTeaMenu = new Menu("milkTeaMenu", "milkTeaMenu");
        Menu hotPotMenu = new Menu("hotPotMenu", "hotPotMenu");
        
        pizzaMenu.add(new MenuItem("FruitPizza", "Hawaii Style", 38.0));
        pizzaMenu.add(new MenuItem("BuffPizza", "American Style", 28.0));
        pizzaMenu.add(new MenuItem("TunaPizza", "Japan Style", 18.0));
        
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("Bubble milk tea", "big cup", 10.0));
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("Coconut milk tea", "middle cup", 8.0));
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("cheese tea", "middle cup", 18.0));
        
        hotPotMenu.add(new MenuItem("chicken", "with solt", 10));
        hotPotMenu.add(new MenuItem("tofu", "with solt", 5));
        hotPotMenu.add(new MenuItem("lettuce", "with solt", 10));
        
        barbecueMenu.add(new MenuItem("corn", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(new MenuItem("chicken", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(new MenuItem("fragrant-flowered garlic", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(milkTeaMenu);

        totalMenu.add(hotPotMenu);
        totalMenu.add(barbecueMenu);
        totalMenu.add(pizzaMenu);
        totalMenu.print();
        
    }
    
}

MenuComponent：

public abstract class MenuComponent {

    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public MenuComponent getChild(int i) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public String getName() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public String getDesc() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public double getPrice() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void print() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
}

實現(xiàn)效果：

第一種方式是不是違反了單一責(zé)任原則，想想看Menu里面是不是使用了迭代器來進(jìn)行菜單的遍歷操作，第一種方式用單一責(zé)任原則來換取了透明性（通過讓組件的接口同時包含一些管理子節(jié)點和葉節(jié)點的操作，客戶可以將組合和葉節(jié)點一視同仁。）
接下來，繼續(xù)說第二種方式。第二種方式是把遍歷的操作實現(xiàn)到了外部，也就是用外部迭代器來完成，我們先來看看圖：

這個是當(dāng)前菜單的樹狀圖，有點復(fù)雜，我們簡化一下，假設(shè)主菜單就只有一個BarbecueMenu：

下面我們用圖示的方法，大概畫一下整個遍歷的過程：

相當(dāng)于將BarbecueMenuIterator（普通的list迭代器），遍歷到MilkteaMenu的時候，這個時候調(diào)用next()獲取到的就是MilkteaMenu這個組合，然后由于它里面還有很多葉子，所以將這個組合放入堆棧中，再次next的時候，獲取到這個組合迭代器的普通迭代器，再繼續(xù)遍歷，最后這個遍歷完了，就將MenuteaMenuIterator從堆棧中移除，然后MilkteaCompositeIterator也移出，然后發(fā)現(xiàn)BarbecueMenuIterator也遍歷完了，也移除，最后整個堆棧就空了，就算遍歷完畢了，這里的位置信息不像之前的普通迭代器那樣用pos來標(biāo)記了，這里直接用棧來實現(xiàn)位置信息的存儲。
下面我們上代碼：（代碼看上去不多，但是確實不好理解，請仔細(xì)體會遞歸的味道）
MenuComponent：（與第一種方式一致）

public class MenuItem extends MenuComponent {

    private String name;
    
    private String desc;
    
    private double price;

    public MenuItem(String name, String desc, double price) {
        super();
        this.name = name;
        this.desc = desc;
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }
    
    public void print() {
        System.out.println("name:" + getName() + "#desc:" + getDesc() + "#price:" + getPrice());
    }

    @Override
    public Iterator<MenuComponent> createIteractor() {
        return new NullIterator();
    }

}

Menu：

public class Menu extends MenuComponent {

    ArrayList<MenuComponent> menuComponents = new ArrayList<MenuComponent>();
    
    private String name;
    
    private String desc;

    public Menu(String name, String desc) {
        this.name = name;
        this.desc = desc;
    }
    
    public void add(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.add(menuComponent);
    }
    
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponents.remove(menuComponent);
    }
    
    public MenuComponent getChild(int i) {
        return menuComponents.get(i);
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void print() {
        System.out.println("name:" + getName() + "#desc:" + getDesc());
    }
    
    @Override
    public Iterator<MenuComponent> createIteractor() {
        return new CompositeIterator(menuComponents.iterator());
    }
    
}

NullIterator：

public class NullIterator implements Iterator<MenuComponent> {

    public boolean hasNext() {
        return false;
    }

    public MenuComponent next() {
        return null;
    }

}
ComponentIterator：（重中之中）
public class CompositeIterator implements Iterator<MenuComponent> {

    private Stack<Iterator<MenuComponent>> stack = new Stack<Iterator<MenuComponent>>();
    
    public CompositeIterator(Iterator<MenuComponent> iterator) {
        stack.push(iterator);
    }

    public boolean hasNext() {
        if(stack.empty()) {
            return false;
        } else {
            Iterator<MenuComponent> iterator = stack.peek();
            if(!iterator.hasNext()) {
                stack.pop();
                return hasNext();
            } else {
                return true;
            }
        }
    }

    public MenuComponent next() {
        if(hasNext()) {
            Iterator<MenuComponent> itemIterator = stack.peek();
            MenuComponent component = itemIterator.next();
            if(component instanceof Menu) {
                stack.push(component.createIteractor());
            }
            return component;
        }
        return null;
    }

}

MenuAdmin：

public class MenuAdmin {

    private MenuComponent menuComponent;

    public MenuAdmin(MenuComponent menuComponent) {
        super();
        this.menuComponent = menuComponent;
    }

    public void print() {
        Iterator<MenuComponent> iterator =menuComponent.createIteractor();
        while(iterator.hasNext()) {
            MenuComponent menuComponent = iterator.next();
            menuComponent.print();
        }
    }
    
}

Main：

public class Main {

    public static void main(String args[]) {
        
        Menu totalMenu = new Menu("TotalMenu", "TotalMenu");
        
        Menu pizzaMenu = new Menu("PizzaMenu", "PizzaMenu");
        Menu barbecueMenu = new Menu("barbecueMenu", "barbecueMenu");
        Menu milkTeaMenu = new Menu("milkTeaMenu", "milkTeaMenu");
        Menu hotPotMenu = new Menu("hotPotMenu", "hotPotMenu");
        
        pizzaMenu.add(new MenuItem("FruitPizza", "Hawaii Style", 38.0));
        pizzaMenu.add(new MenuItem("BuffPizza", "American Style", 28.0));
        pizzaMenu.add(new MenuItem("TunaPizza", "Japan Style", 18.0));
        
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("Bubble milk tea", "big cup", 10.0));
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("Coconut milk tea", "middle cup", 8.0));
        milkTeaMenu.add(new MenuItem("cheese tea", "middle cup", 18.0));
        
        hotPotMenu.add(new MenuItem("chicken", "with solt", 10));
        hotPotMenu.add(new MenuItem("tofu", "with solt", 5));
        hotPotMenu.add(new MenuItem("lettuce", "with solt", 10));
        
        barbecueMenu.add(new MenuItem("corn", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(new MenuItem("chicken", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(new MenuItem("fragrant-flowered garlic", "with pepper", 10));
        barbecueMenu.add(milkTeaMenu);

        totalMenu.add(hotPotMenu);
        totalMenu.add(barbecueMenu);
        totalMenu.add(pizzaMenu);
        
        MenuAdmin menuAdmin = new MenuAdmin(totalMenu);
        menuAdmin.print();
        
    }
    
}

實現(xiàn)效果：

這里有個小細(xì)節(jié)說明一下，MenuItem使用了NullIterator，由于菜單項已經(jīng)是子節(jié)點了，沒有什么好遍歷的了，這里如果不用NullIterator，也可以直接返回null，如果直接返回null的話，就需要加入條件判斷。但是如果用了NullIterator，就相當(dāng)于創(chuàng)建了一個沒有作用的迭代器。這個迭代器的hasNext()永遠(yuǎn)都是false，這樣操作起來更具有統(tǒng)一性。
以上的代碼最主要就是CompositeIterator的部分，需要自己好好理解一番。

下面我們先來總結(jié)一下我們學(xué)過的一些模式：

模式 敘述
策略 封裝可互換的行為，并使用委托決定用哪個行為。
適配器 改變一個或多個類的接口
迭代器 提供一個方式遍歷集合，無需暴露集合的實現(xiàn)
外觀 簡化一群類的接口
組合 客戶可以將對象的集合以及個別對象一視同仁
觀察者 當(dāng)某個狀態(tài)發(fā)生變化的時候，允許一群對象被通知到。

最后又到了喜聞樂見的總結(jié)部分，我們又來總結(jié)我們現(xiàn)在現(xiàn)有的設(shè)計模式武器。

面向?qū)ο蠡A(chǔ)

抽象、封裝、多態(tài)、繼承

九大設(shè)計原則

設(shè)計原則一：封裝變化
設(shè)計原則二：針對接口編程，不針對實現(xiàn)編程
設(shè)計原則三：多用組合，少用繼承
設(shè)計原則四：為交互對象之間的松耦合設(shè)計而努力
設(shè)計原則五：對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉
設(shè)計原則六：依賴抽象，不要依賴于具體的類
設(shè)計原則七：只和你的密友談話
設(shè)計原則八：別找我，我有需要會找你
設(shè)計原則九：類應(yīng)該只有一個改變的理由

模式

組合模式：允許你將對象組成樹形結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)整體/部分的層次結(jié)構(gòu)。組合能讓客戶以一致的方式處理個別對象和對象組合。

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