015.组合模式
公司的人事管理是一个典型的树状结构：
我们今天的任务就是要把这个树状结构实现出来，并且还要把它遍历一遍.
从这个树状结构上分析，有两种节点：有分支的节点（如研发部经理）和无分支的节点（如员工A、员工D等），总经理叫做根节点，类似研发部经理有分支的节点叫做树枝节点，类似员工A的无分支的节点叫做树叶节点，三个类型的的节点，那是不是定义三个类就可以？好，我们按照这个思路走下去，先看我们自己设计的类图：
以下是上述类图的实现：
/**
* 定义一个根节点，就为总经理服务
*/
public interface IRoot {
// 得到总经理的信息
String getInfo();
// 总经理下边要有小兵，那要能增加小兵，比如研发部经理，这是个树枝节点
void add(IBranch branch);
// 增加树叶节点
void add(ILeaf leaf);
// 遍历下属
ArrayList<Object> getSubordinateInfo();
}
/**
* 树枝节点，也就是各个部门经理和组长的角色
*/
public interface IBranch {
// 获取信息
String getInfo();
// 增加数据节点，例如研发部下的研发一组
void add(IBranch branch);
// 增加树叶节点
void add(ILeaf leaf);
// 获取下级信息
ArrayList<Object> getSubordinateInfo();
}
/**
* 叶子节点，也就是最小的小兵了，只能自己干活，不能指派别人了
*/
public interface ILeaf {
// 获得自己的信息
String getInfo();
}
/**
* 根节点的实现类
*/
public class Root implements IRoot {
// 保存根节点下的树枝节点和树叶节点，subordinate是下级的意思
private ArrayList<Object> subordinateList = new ArrayList<>();
// 根节点的名称
private String name = "";
// 根节点的职位
private String position = "";
// 根节点的薪水
private int salary = 0;
// 通过构造函数传递进来总经理的信息
public Root(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
// 得到自己的信息
@Override
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
// 增加树枝节点
@Override
public void add(IBranch branch) {
this.subordinateList.add(branch);
}
// 增加叶子节点，比如秘书，直接隶属于总经理
@Override
public void add(ILeaf leaf) {
this.subordinateList.add(leaf);
}
// 获得下级的信息
@Override
public ArrayList<Object> getSubordinateInfo() {
return this.subordinateList;
}
}
/**
* 树枝节点，就是各个部门经理和组长的角色
*/
public class Branch implements IBranch {
// 存储子节点的信息
private ArrayList<Object> subordinateList = new ArrayList<>();
// 树枝节点的名称
private String name = "";
// 树枝节点的职位
private String position = "";
// 树枝节点的薪水
private int salary = 0;
// 通过构造函数传递树枝节点的参数
public Branch(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
// 获得自己树枝节点的信息
@Override
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
// 增加一个子树枝节点
@Override
public void add(IBranch branch) {
this.subordinateList.add(branch);
}
// 增加一个叶子节点
@Override
public void add(ILeaf leaf) {
this.subordinateList.add(leaf);
}
// 获得下级的信息
@Override
public ArrayList<Object> getSubordinateInfo() {
return this.subordinateList;
}
}
/**
* 最小的叶子节点
*/
public class Leaf implements ILeaf {
// 叶子叫什么名字
private String name = "";
// 叶子的职位
private String position = "";
// 叶子的薪水
private int salary = 0;
// 通过构造函数传递信息
public Leaf(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
// 最小的小兵只能获得自己的信息了
@Override
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
}好了，所有的根节点，树枝节点和叶子节点都已经实现了，从总经理、部门经理到最终的员工都已经实现了，然后的工作就是组装成一个树状结构和遍历这个树状结构，看Client类：
/**
* Client的作用是组装这棵树，并遍历一遍
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 首先产生了一个根节点
IRoot ceo = new Root("王大麻子", "CEO", 100000);
// 产生三个部门经理，也就是树枝节点
IBranch developDep = new Branch("刘大瘸子", "研发部经理", 10000);
IBranch salesDep = new Branch("马儿拐子", "销售部经理", 20000);
IBranch financeDep = new Branch("赵三驼子", "财务部经理", 30000);
// 再把三个小组长产生出来
IBranch firstDevGroup = new Branch("杨三乜斜", "开发一组组长", 5000);
IBranch secondDevGroup = new Branch("吴大棒槌", "开发二组组长", 6000);
// 剩下的就是我们这些小兵了,就是路人甲，路人乙
ILeaf zhengLaoLiu = new Leaf("郑老六", "研发部副总", 20000);
ILeaf a = new Leaf("A", "开发人员", 2000);
ILeaf b = new Leaf("B", "开发人员", 2000);
ILeaf c = new Leaf("C", "开发人员", 2000);
ILeaf d = new Leaf("D", "开发人员", 2000);
ILeaf e = new Leaf("E", "开发人员", 2000);
ILeaf f = new Leaf("F", "开发人员", 2000);
ILeaf g = new Leaf("G", "开发人员", 2000);
ILeaf h = new Leaf("H", "销售人员", 5000);
ILeaf i = new Leaf("I", "销售人员", 4000);
ILeaf j = new Leaf("J", "财务人员", 5000);
ILeaf k = new Leaf("K", "CEO秘书", 8000);
// 组装这棵树
// 首先是定义总经理下有三个部门经理
ceo.add(developDep);
ceo.add(salesDep);
ceo.add(financeDep);
// 总经理下还有一个秘书
ceo.add(k);
// 定义研发部门下的结构
developDep.add(firstDevGroup);
developDep.add(secondDevGroup);
// 研发部经理下还有一个副总
developDep.add(zhengLaoLiu);
// 看看开发两个开发小组下有什么
firstDevGroup.add(a);
firstDevGroup.add(b);
firstDevGroup.add(c);
secondDevGroup.add(d);
secondDevGroup.add(e);
secondDevGroup.add(f);
// 再看销售部下的人员情况
salesDep.add(h);
salesDep.add(i);
// 最后一个财务
financeDep.add(j);
// 树状结构写完毕，然后我们打印出来
System.out.println(ceo.getInfo());
//打印出来整个树形
getAllSubordinateInfo(ceo.getSubordinateInfo());
}
// 遍历所有的树枝节点，打印出信息
private static void getAllSubordinateInfo(ArrayList<Object> subordinateList) {
for (Object obj : subordinateList) {
if (obj instanceof Leaf) {
ILeaf leaf = (ILeaf)obj;
System.out.println(leaf.getInfo());
} else {
IBranch branch = (IBranch)obj;
System.out.println(branch.getInfo());
getAllSubordinateInfo(branch.getSubordinateInfo());
}
}
}
}和我们期望要的结果一样，一棵完整的树就生成了，而且我们还能够遍历，但这样的类设计是有问题的，getInfo()每个接口都有为什么不能抽象出来？Root类和Branch类有什么差别？为什么要定义成两个接口两个类？如果我要加一个任职期限，是不是每个类都需要修改？如果我要后序遍历（从员工找到他的上级领导）能做吗？
问题很多，我们一个一个解决，先说抽象的问题，确实可以把IBranch和IRoot合并成一个接口，这个我们先肯定下来，这是个比较大的改动，我们先画个类图：
这个类图还是有点问题的，接口的作用是什么？定义共性，那ILeaf和IBranch是不是也有共性呢？有getInfo()，我们是不是把这个共性也已经封装起来，再修改一下类图：
类图上有两个接口，ICorp是公司所有人员的信息的接口类，不管你是经理还是员工，你都有名字，职位，薪水，这个定义成一个接口没有错，IBranch 有没有必要呢？我们先实现出来然后再说：
/**
* 公司类，定义每个员工都有信息
*/
public interface ICorp {
// 获取信息
String getInfo();
}
public class Leaf implements ICorp {
// 小兵的名字
private String name = "";
// 小兵的职位
private String position = "";
// 小兵的薪水
private int salary = 0;
// 通过构造函数传递信息
public Leaf(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
// 获得小兵的信息
@Override
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
}
/**
* 树枝节点，有下属节点
*/
public interface IBranch {
// 能够增加小兵(树叶节点）或者是经理（树枝节点）
void addSubordinate(ICorp corp);
// 获取下级信息
ArrayList<ICorp> getSubordinateInfo();
}
/**
* 树枝节点，就是各个部门经理和组长的角色
*/
public class Branch implements IBranch, ICorp {
// 下级
private ArrayList<ICorp> subordinateList = new ArrayList<>();
//姓名
private String name = "";
// 职位
private String position = "";
// 薪水
private int salary = 0;
// 通过构造函数传递树枝节点的参数
public Branch(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
// 增加一个下属，可能是小头目，也可能是个小兵
@Override
public void addSubordinate(ICorp corp) {
this.subordinateList.add(corp);
}
@Override
public ArrayList<ICorp> getSubordinateInfo() {
return this.subordinateList;
}
// 获取自己的信息
@Override
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
}
/**
* @author YangYunhe
* @date 2020-12-28 10:20
* @description 组装树形结构
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 组装一个组织结构
Branch ceo = compositeCorpTree();
// 打印CEO的信息
System.out.println(ceo.getInfo());
// 打印所有员工的信息
System.out.println(getTreeInfo(ceo));
}
// 遍历整棵树，只要给我根节点，我就能遍历出所有的节点
public static String getTreeInfo(Branch root) {
StringBuilder info = new StringBuilder();
ArrayList<ICorp> subordinateList = root.getSubordinateInfo();
for (ICorp iCorp : subordinateList) {
if(iCorp instanceof Leaf) {
info.append(iCorp.getInfo()).append("\n");
} else {
info.append(iCorp.getInfo()).append("\n").append(getTreeInfo((Branch)iCorp));
}
}
return info.toString();
}
public static Branch compositeCorpTree() {
// 首先产生了CEO
Branch ceo = new Branch("王大麻子", "CEO", 100000);
// 产生三个部门经理
Branch developDep = new Branch("刘大瘸子", "研发部经理", 10000);
Branch salesDep = new Branch("马儿拐子", "销售部经理", 20000);
Branch financeDep = new Branch("赵三驼子", "财务部经理", 30000);
// 再把三个小组长产生出来
Branch firstDevGroup = new Branch("杨三乜斜", "开发一组组长", 5000);
Branch secondDevGroup = new Branch("吴大棒槌", "开发二组组长", 6000);
// 把所有的小兵都创建出来
Leaf zhengLaoLiu = new Leaf("郑老六", "研发部副总", 20000);
Leaf a = new Leaf("A", "开发人员", 2000);
Leaf b = new Leaf("B", "开发人员", 2000);
Leaf c = new Leaf("C", "开发人员", 2000);
Leaf d = new Leaf("D", "开发人员", 2000);
Leaf e = new Leaf("E", "开发人员", 2000);
Leaf f = new Leaf("F", "开发人员", 2000);
Leaf g = new Leaf("G", "开发人员", 2000);
Leaf h = new Leaf("H", "销售人员", 5000);
Leaf i = new Leaf("I", "销售人员", 4000);
Leaf j = new Leaf("J", "财务人员", 5000);
Leaf k = new Leaf("K", "CEO秘书", 8000);
// 组装这棵树
// 定义CEO下的三个部门经理和一个秘书
ceo.addSubordinate(developDep);
ceo.addSubordinate(salesDep);
ceo.addSubordinate(financeDep);
// 总经理下还有一个秘书
ceo.addSubordinate(k);
// 定义研发部门下的结构
developDep.addSubordinate(firstDevGroup);
developDep.addSubordinate(secondDevGroup);
developDep.addSubordinate(zhengLaoLiu);
// 定义两个开发小组下的结构
firstDevGroup.addSubordinate(a);
firstDevGroup.addSubordinate(b);
firstDevGroup.addSubordinate(c);
secondDevGroup.addSubordinate(d);
secondDevGroup.addSubordinate(e);
secondDevGroup.addSubordinate(f);
// 定义销售部下的人员
salesDep.addSubordinate(h);
salesDep.addSubordinate(i);
// 定义财务部下的人员
financeDep.addSubordinate(j);
return ceo;
}
}我们的程序还可以继续优化，Leaf和Branch中都有getInfo() 方法，可以抽象出来：
/**
* 公司人员抽象类
*/
public abstract class Corp {
// 姓名
private String name = "";
// 职位
private String position = "";
// 薪水
private int salary = 0;
public Corp(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
}
/**
* 普通员工很简单，就写一个构造函数就可以了
*/
public class Leaf extends Corp {
public Leaf(String name, String position, int salary) {
super(name, position, salary);
}
}
/**
* 节点类，也简单了很多
*/
public class Branch extends Corp {
// 领导下边有那些下级领导和小兵
private ArrayList<Corp> subordinateList = new ArrayList<>();
public Branch(String name, String position, int salary) {
super(name, position, salary);
}
// 增加一个下属，可能是小头目，也可能是个小兵
public void addSubordinate(Corp corp) {
this.subordinateList.add(corp);
}
// 我有哪些下属
public ArrayList<Corp> getSubordinateInfo() {
return this.subordinateList;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 组装一个组织结构
Branch ceo = compositeCorpTree();
// 打印CEO的信息
System.out.println(ceo.getInfo());
// 打印所有员工的信息
System.out.println(getTreeInfo(ceo));
}
// 遍历整棵树，只要给我根节点，我就能遍历出所有的节点
public static String getTreeInfo(Branch root) {
StringBuilder info = new StringBuilder();
ArrayList<Corp> subordinateList = root.getSubordinateInfo();
for (Corp corp : subordinateList) {
if(corp instanceof Leaf) {
info.append(corp.getInfo()).append("\n");
} else {
info.append(corp.getInfo()).append("\n").append(getTreeInfo((Branch)corp));
}
}
return info.toString();
}
public static Branch compositeCorpTree() {
// 首先产生了CEO
Branch ceo = new Branch("王大麻子", "CEO", 100000);
// 产生三个部门经理
Branch developDep = new Branch("刘大瘸子", "研发部经理", 10000);
Branch salesDep = new Branch("马儿拐子", "销售部经理", 20000);
Branch financeDep = new Branch("赵三驼子", "财务部经理", 30000);
// 再把三个小组长产生出来
Branch firstDevGroup = new Branch("杨三乜斜", "开发一组组长", 5000);
Branch secondDevGroup = new Branch("吴大棒槌", "开发二组组长", 6000);
// 把所有的小兵都创建出来
Leaf zhengLaoLiu = new Leaf("郑老六", "研发部副总", 20000);
Leaf a = new Leaf("A", "开发人员", 2000);
Leaf b = new Leaf("B", "开发人员", 2000);
Leaf c = new Leaf("C", "开发人员", 2000);
Leaf d = new Leaf("D", "开发人员", 2000);
Leaf e = new Leaf("E", "开发人员", 2000);
Leaf f = new Leaf("F", "开发人员", 2000);
Leaf g = new Leaf("G", "开发人员", 2000);
Leaf h = new Leaf("H", "销售人员", 5000);
Leaf i = new Leaf("I", "销售人员", 4000);
Leaf j = new Leaf("J", "财务人员", 5000);
Leaf k = new Leaf("K", "CEO秘书", 8000);
// 组装这棵树
// 定义CEO下的三个部门经理和一个秘书
ceo.addSubordinate(developDep);
ceo.addSubordinate(salesDep);
ceo.addSubordinate(financeDep);
// 总经理下还有一个秘书
ceo.addSubordinate(k);
// 定义研发部门下的结构
developDep.addSubordinate(firstDevGroup);
developDep.addSubordinate(secondDevGroup);
developDep.addSubordinate(zhengLaoLiu);
// 定义两个开发小组下的结构
firstDevGroup.addSubordinate(a);
firstDevGroup.addSubordinate(b);
firstDevGroup.addSubordinate(c);
secondDevGroup.addSubordinate(d);
secondDevGroup.addSubordinate(e);
secondDevGroup.addSubordinate(f);
// 定义销售部下的人员
salesDep.addSubordinate(h);
salesDep.addSubordinate(i);
// 定义财务部下的人员
financeDep.addSubordinate(j);
return ceo;
}
}经过这样一步步的改造，类、接口减少了很多，而且程序也简单了很多。
上面我们讲到的就是组合模式（也叫合成模式），有时又叫做部分－整体模式（Part-Whole），主要是用来描述整体与部分的关系，用的最多的地方就是树形结构。组合模式通用类图如下：
我们先来说说组合模式的几个角色：
- 抽象构件角色（Component）：定义参加组合的对象的共有方法和属性，可以定义一些默认的行为或属性；比如我们例子中的
getInfo()就封装到了抽象类中。 - 叶子构件（Leaf）：叶子对象，其下再也没有其他的分支。
- 树枝构件（Composite）：树枝对象，它的作用是组合树枝节点和叶子节点；
组合模式有两种模式，透明模式和安全模式，这两个模式有什么区别呢？先看类图：
这两种模式各有优缺点，透明模式是把用来组合使用的方法放到抽象类中，比如add()、remove()以及getChildren() 等方法，（顺便说一下，getChildren() 一般返回的结果为Iterable的实现类），不管叶子对象还是树枝对象都有相同的结构，通过判断getChildren 的返回值确认是叶子节点还是树枝节点，如果处理不当，这个会在运行期出现问题，不建议使用这种方式；安全模式把树枝节点和树叶节点彻底分开，树枝节点单独拥有用来组合的方法，这种方法比较安全，我们的例子使用了安全模式。
组合模式的优缺点：
只要是树形结构，就要考虑使用组合模式，只要是要体现局部和整体的关系的时候，而且这种关系还可能比较深，就可以考虑使用组合模式吧
我们在上面也还提到了一个问题，就是树的遍历问题，从上到下遍历没有问题，但是我要是从下往上遍历呢？比如在人力资源这颗树上，我从中抽取一个用户，要找到它的上级有哪些，下级有哪些，怎么处理？先看类图：
看类图中的红色方框，只要增加两个方法就可以了，一个是设置父节点是谁，一个是查找父节点是谁，我们来看一下程序的改变：
/**
* 公司人员抽象类
*/
public abstract class Corp {
// 姓名
private String name = "";
// 职位
private String position = "";
// 薪水
private int salary = 0;
// 父节点
private Corp parent = null;
public Corp(String name, String position, int salary) {
this.name = name;
this.position = position;
this.salary = salary;
}
public String getInfo() {
return String.format("名称: %s\t职位: %s\t薪水: %s", this.name, this.position, this.salary);
}
/**
* 增加了以下两个方法
*/
// 设置父节点
protected void setParent(Corp parent) {
this.parent = parent;
}
// 得到父节点
public Corp getParent() {
return this.parent;
}
}
/**
* 节点类
*/
public class Branch extends Corp {
// 领导下边有那些下级领导和小兵
private ArrayList<Corp> subordinateList = new ArrayList<>();
public Branch(String name, String position, int salary) {
super(name, position, salary);
}
// 增加一个下属，可能是小头目，也可能是个小兵
public void addSubordinate(Corp corp) {
// 重要的是这行，添加下属的时候给下属设置父节点为自己
corp.setParent(this);
this.subordinateList.add(corp);
}
// 我有哪些下属
public ArrayList<Corp> getSubordinateInfo() {
return this.subordinateList;
}
}每个节点无论是树枝节点还是树叶节点，都增加了一个属性：父节点对象，这样在树枝节点增加子节点或叶子的时候设置父节点，然后整棵树除了根节点外每个
节点都一个父节点，这样每个节点上都有父节点了，有了这个parent 属性，后序遍历（从下往上找）、中序遍历（从中间某个环节往上或往下遍历）都解决了，这个就不多说了。再提一个扩展问题，树叶节点和树枝节点是有顺序的，比如我们上面的例子，研发一组下边有三个成员，这三个成员是要进行排序的，这种情况怎么处理？
本文原书：
《您的设计模式》 作者：CBF4LIFE
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