1. 组合模式的定义

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许将对象组合成 树状结构 以表示 “部分-整体”的层次结构。通过组合模式，客户端可以统一对待单个对象和组合对象，使得用户在使用单个对象和组合对象时无需区分它们的差异。

2. 组合模式的结构

组合模式一般用来描述整体与部分的关系，它将对象组织到树形结构中，以树的管理方式来管理对象。顶层的节点被称为根节点，根节点下包含树枝节点和叶子节点，树枝节点下面可以包含树枝节点和叶子节点。这个模式与二叉树的模式类似，树形结构图如下：

根节点和树枝节点本质上是同一种数据类型，都可以作为存储子类的容器；叶子节点与树枝节点有所区别，叶子节点不具备存储子类的功能。但是在组合模式中，树枝节点和叶子节点会被看作同一种书籍类型（为了统一抽象和定义，让树枝节点和叶子节点具备统一行为）。

因此，在组合模式中，整个树形结构中的对象都是同一种类型，具备相同的行为，操作时不需要区分节点，效率较高。

组合模式类图如下：

组合模式主要包含以下三个角色：

• 抽象构件角色（Component）：为树叶构件和树枝构件声明公共接口，它可以是接口或者抽象类，可以实现一些默认行为；
• 树枝构件角色（Composite）：是组合中的分支节点对象，它有子节点，用于继承和实现抽象构件，负责管理字节点；
• 树叶构件角色（Leaf）：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于继承或实现抽象构件。

组合模式可以分为透明式组合模式和安全式组合模式，它们之间的区别在于：透明式的组合模式在抽象构件角色（Component）中声明访问和管理子类的接口；安全式的组合模式在抽象构件角色中不声明管理子类接口，管理工作由树枝构件自己完成。上述类图主要是透明式组合模式。

3. 案例

有一个学校，展现出学校下的各个组织。学校下面有学院，学院下面有不同的专业。不同的组织可以对其下属组织进行新增、裁撤等。

分析：首先需要定义一个抽象构件角色（OrganizationComponent）来实现一些组织的基础操作，比如：add()、delete()、getChildren()等；学校下面的学校（University）、学院（College）可以作为一个树枝构件角色，学校的子节点是学院，学院的子节点是专业(Profession)；专业（Profession）在这里属于叶子节点（实际中还可能有班级这类的子组织，这里不做考虑了）。

由上述分析可得出案例的类图如下：

编码如下：

//抽象组件
public abstract class UniversityComponent {

    public String name;

    public String description;

    public UniversityComponent(String name, String description) {
        this.name = name;
        this.description = description;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public void setDescription(String description) {
        this.description = description;
    }

    protected void add(UniversityComponent universityComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    protected void remove(UniversityComponent universityComponent) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    protected List<UniversityComponent> getChildern() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    protected abstract void operation();
}

//学校树枝构件
@Slf4j
public class University extends UniversityComponent {

    private List<UniversityComponent> lists = new ArrayList<>();

    public University(String name, String description) {
        super(name, description);
    }

    @Override
    protected void add(UniversityComponent universityComponent) {
        lists.add(universityComponent);
        log.info("学校新增子组织：" + JSON.toJSONString(universityComponent));
    }

    @Override
    protected void remove(UniversityComponent universityComponent) {
        lists.remove(universityComponent);
        log.info("学校裁剪组织：" + JSON.toJSONString(universityComponent));
    }

    @Override
    protected List<UniversityComponent> getChildern() {
        log.info("返回学校组织：" + JSON.toJSONString(lists));
        return lists;
    }

    @Override
    protected void operation() {
        System.out.println("----------------------" + name + "学校组织----------------------");
        lists.forEach(list -> {
            System.out.println("名称：" + list.getName() + ",备注：" + list.getDescription());
        });
    }
}

//学院树枝构件
@Slf4j
public class College extends UniversityComponent {

    private List<UniversityComponent> lists = new ArrayList<>();

    public College(String name, String university) {
        super(name, university);
    }

    @Override
    protected void add(UniversityComponent universityComponent) {
        lists.add(universityComponent);
        System.out.println("学院添加组织：" + JSON.toJSONString(universityComponent) + ",成功");
    }

    @Override
    protected void remove(UniversityComponent universityComponent) {
        lists.remove(universityComponent);
        System.out.println("学院删除组织：" + JSON.toJSONString(universityComponent) + ",成功");
    }

    @Override
    protected List<UniversityComponent> getChildern() {
        log.info("学院包含组织：" + JSON.toJSONString(lists));
        return lists;
    }

    @Override
    protected void operation() {
        System.out.println("-----------------" + name + "学院组织----------------");
        lists.forEach(list -> {
            System.out.println("名称：" + list.getName() + ",备注：" + list.getDescription());
        });
    }
}

//树枝节点（专业）
public class Profession extends UniversityComponent {

    public Profession(String name, String description) {
        super(name, description);
    }

    @Override
    protected void operation() {
        System.out.println("名称：" + name + ",备注：" + description);
    }
}

//测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        University university = new University("清华大学", "中国数一数二的大学");

        College college1 = new College("艺术学院", "女生比较多的学院");
        College college2 = new College("经济管理学院", "五道口");

        Profession profession1 = new Profession("舞蹈专业", "专注于舞蹈");
        Profession profession2 = new Profession("播音专业", "专注于播音");
        Profession profession3 = new Profession("表演专业", "专注于表演");
        Profession profession4 = new Profession("金融投资", "专注于金融投资");

        college1.add(profession1);
        college1.add(profession2);
        college1.add(profession3);

        college2.add(profession4);

        university.add(college1);
        university.add(college2);

        university.operation();

        college1.operation();
        college2.operation();

    }
}

运行结果为：

学院添加组织：{"description":"专注于舞蹈","name":"舞蹈专业"},成功
学院添加组织：{"description":"专注于播音","name":"播音专业"},成功
学院添加组织：{"description":"专注于表演","name":"表演专业"},成功
学院添加组织：{"description":"专注于金融投资","name":"金融投资"},成功
学校新增子组织：{"description":"女生比较多的学院","name":"艺术学院"}
学校新增子组织：{"description":"五道口","name":"经济管理学院"}
----------------------清华大学学校组织----------------------
名称：艺术学院,备注：女生比较多的学院
名称：经济管理学院,备注：五道口
-----------------艺术学院学院组织----------------
名称：舞蹈专业,备注：专注于舞蹈
名称：播音专业,备注：专注于播音
名称：表演专业,备注：专注于表演
-----------------经济管理学院学院组织----------------
名称：金融投资,备注：专注于金融投资

4. 组合模式的分类

在使用组合模式时，根据组件的角色和结构的复杂性，我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式。

• 透明组合模式（Transparent Composite Pattern）：
  在透明组合模式中，抽象组件（Component）类中声明了所有用于管理子对象的方法，包括添加、移除和获取子对象等。具体叶子节点和容器节点都继承自抽象组件，并实现这些方法。这样客户端对于叶子节点和容器节点无需区分，可以统一使用。
• 安全组合模式（Safe Composite Pattern）：
  在安全组合模式中，抽象组件（Component）类中不声明用于管理子对象的方法，而是在具体叶子节点和容器节点中进行实现。这样客户端需要区分叶子节点和容器节点，使用时需要注意调用正确的方法。

选择透明组合模式还是安全组合模式取决于应用的需求和设计的考虑。透明组合模式提供了更统一的接口，但可能暴露一些对于叶子节点不适用的方法，而安全组合模式更加安全，但客户端需要更多的责任来判断调用的正确方法。

5. 组合模式的优缺点

优点：

• 统一接口： 组合模式通过使用统一的接口，使得客户端可以一致地处理单个对象和组合对象，简化了客户端的代码。
• 灵活性： 可以通过组合模式构建复杂的 树形结构，使得系统具有更高的灵活性和可扩展性。可以随时添加新的叶子节点或容器节点，而不需要修改已有的代码。
• 可重用性： 叶子节点和容器节点的组合关系使得这些节点可以被重复使用，促进了代码的重用。
  简化客户端代码： 客户端无需关心处理单个对象还是组合对象，可以简化客户端代码，提高代码的可维护性。

缺点：

• 可能过于一般化： 在某些情况下，组合模式可能过于一般化，不容易满足特定的需求。例如，可能会导致在叶子节点和容器节点上都定义了一些对于某个节点类型不适用的操作。
• 可能导致性能问题： 在处理大型树形结构时，组合模式可能导致性能问题，因为递归地处理整个结构可能会引起性能开销。
• 难以限制组件类型： 组合模式难以限制组件类型，因为客户端对于叶子节点和容器节点的操作是一致的。这可能导致在不同类型的组件上执行不适用的操作。

6. 组合模式的使用场景

• 树形结构： 当系统中的对象具有部分-整体的层次结构，并且可以表示为树形结构时，适合使用组合模式。例如，组织架构、文件系统等都可以使用组合模式来表示。
• 管理和操作集合对象： 当需要对集合对象以统一的方式进行管理和操作时，可以考虑使用组合模式。这样可以统一处理单个对象和组合对象，无需区分它们的差异。
• 用户界面元素： 在构建用户界面时，可能存在层级嵌套的元素，如面板、按钮、复选框等。使用组合模式可以方便地管理和操作这些用户界面元素。
• 文件和文件夹管理： 文件系统中的文件和文件夹也是典型的组合结构。组合模式可以用于处理文件和文件夹之间的关系，统一操作这些对象。
• 组件化设计： 在软件设计中，当需要构建可重用的组件并且这些组件之间存在层次关系时，可以考虑使用组合模式。这有助于提高组件的灵活性和可扩展性。
• 部门-整体关系的场景： 任何具有部分-整体关系的场景都可能适合使用组合模式。例如，汽车的部件组装、家具的装配等都可以考虑使用组合模式。