【玩转23种Java设计模式】结构型模式篇：组合模式

软件设计模式（Design pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

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一、简介

  组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，用于将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次关系。其核心思想是通过统一接口处理叶子对象（单个元素）和组合对象（容器元素），使客户端无需区分操作的是单个对象还是整个组合结构。

核心角色：

• Component：声明组合对象的通用接口
• Leaf：叶子节点（无子节点）
• Composite：容器节点（包含子组件集合）

二、实例

假设需要构建文件系统，包含文件夹（组合对象）和文件（叶子对象）。

1、抽象组件

interface FileSystemComponent {void display(int indent);long getSize();
}

2、叶子节点：文件

class File implements FileSystemComponent {private String name;private long size;public File(String name, long size) {this.name = name;this.size = size;}@Overridepublic void display(int indent) {System.out.println(" ".repeat(indent) + "📄 " + name + " (" + size + "KB)");}@Overridepublic long getSize() { return size; }
}

3、组合节点：文件夹

class Directory implements FileSystemComponent {private String name;private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();public Directory(String name) {this.name = name;}public void add(FileSystemComponent component) {children.add(component);}@Overridepublic void display(int indent) {System.out.println(" ".repeat(indent) + "📁 " + name);children.forEach(child -> child.display(indent + 2));}@Overridepublic long getSize() {return children.stream().mapToLong(FileSystemComponent::getSize).sum();}
}

4、客户端使用

public class Demo {public static void main(String[] args) {Directory root = new Directory("Root");Directory documents = new Directory("Documents");documents.add(new File("resume.pdf", 256));documents.add(new File("notes.txt", 128));Directory images = new Directory("Images");images.add(new File("photo1.jpg", 2048));root.add(documents);root.add(images);root.display(0);System.out.println("Total size: " + root.getSize() + "KB");}
}

输出示例：
📁 Root
📁 Documents
📄 resume.pdf (256KB)
📄 notes.txt (128KB)
📁 Images
📄 photo1.jpg (2048KB)
Total size: 2432KB

三、总结

1、优点

• 简化客户端代码：统一处理单个对象与组合结构。
• 高扩展性：新增组件类型无需修改现有代码。
• 天然支持递归结构：方便实现树形操作（如遍历、统计）。

2、缺点

• 类型安全性问题：需要运行时类型检查。
• 接口设计难度：需兼顾叶子与容器的不同需求。
• 可能违反接口隔离原则：需要为不需要的方法提供空实现。

3、应用场景

• GUI组件库（窗口包含面板/按钮等）。
• 组织架构管理系统（部门包含员工/子部门）。
• 数学表达式解析（操作符包含子表达式）。
• 游戏场景图（父节点包含子节点）。
• XML/JSON文档处理。

  当系统需要处理树形结构，且希望以统一方式操作层次中的不同元素时，组合模式是最佳选择。其价值在于模糊了简单元素与复杂元素的边界，让复杂的层次结构变得易于管理和扩展。