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组合模式的应用

组合模式介绍

组合模式(Composite Pattern) 的定义是：将对象组合成树形结构以表示整体和部分的层次结构。组合模式可以让用户统一对待单个对象和对象的组合。

比如：Windows操作系统中的目录结构，通过tree命令实现树形结构展示。

在上图中包含了文件夹和文件两类不同元素，其中在文件夹中可以包含文件，还可以继续包含子文件夹。子文件夹中可以放入文件，也可以放入子文件夹。 文件夹形成了一种容器结构（树形结构），递归结构。

尽管文件夹和文件是不同类型的对象，它们有一个共性，就是都可以被放入文件夹中。文件和文件夹可以被当做是同一种对象看待。

组合模式其实就是将一组对象（文件夹和文件）组织成树形结构，以表示一种“部分-整体”的层次结构（目录与子目录的嵌套结构）。组合模式让客户端可以统一处理单个对象（文件）和组合对象（文件夹）的逻辑（递归遍历）。

组合模式更像是一种数据结构和算法的抽象，数据可以表示成树这种数据结构，业务需求可以通过在树上的递归遍历算法来实现。

组合模式主要包含三种角色：

• 抽象根节点（Component）：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。

  • 包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象根节点中定义了访问及管理子构件的方法，如增加子节点、删除子节点、获取子节点等。

• 树枝节点（Composite）：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。

  • 树枝节点可以包含树枝节点，也可以包含叶子节点。它其中有一个集合可以用于存储子节点，包含在抽象根节点中定义的行为。业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。

• 叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。

  • 叶子节点没有子节点，包含在抽象根节点中定义的行为。

组合模式示例

程序功能：列出某一目录下所有的文件和文件夹。

类图如下：

我们按照下图的表示，进行文件和文件夹的构建。

Entry类: 抽象类，用来定义File类和Directory类的共性内容

/*** Entry抽象类,表示目录条目(文件+文件夹)的抽象类*/
public abstract class Entry {public abstract String getName(); // 获取文件名public abstract int getSize(); // 获取文件大小// 添加文件夹或文件public abstract Entry add(Entry entry);// 显示指定目录下的所有信息public abstract void printList(String prefix);@Overridepublic String toString() {return getName() + "(" + getSize() + ")";}
}

File类: 叶子节点，表示文件

/*** File类 表示文件*/
public class File extends Entry {private String name; // 文件名private int size; // 文件大小public File(String name, int size) {this.name = name;this.size = size;}@Overridepublic String getName() {return name;}@Overridepublic int getSize() {return size;}@Overridepublic Entry add(Entry entry) {return null; // 叶子节点不能添加子节点}@Overridepublic void printList(String prefix) {System.out.println(prefix + "/" + this);}
}

Directory类: 树枝节点，表示文件夹

/*** Directory表示文件夹*/
public class Directory extends Entry {private String name; // 文件夹名private ArrayList<Entry> directory = new ArrayList<>(); // 文件夹与文件的集合public Directory(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String getName() {return this.name;}/*** 获取文件大小* 1.如果entry对象是File类型,则调用getSize方法获取文件大小* 2.如果entry对象是Directory类型,会继续调用子文件夹的getSize方法,形成递归调用.*/@Overridepublic int getSize() {int size = 0;for (Entry entry : directory) {size += entry.getSize();}return size;}@Overridepublic Entry add(Entry entry) {directory.add(entry);return this;}@Overridepublic void printList(String prefix) {System.out.println(prefix + "/" + this);for (Entry entry : directory) {entry.printList(prefix + "/" + name);}}
}

测试代码

public class Client {public static void main(String[] args) {// 根节点Directory rootDir = new Directory("root");// 树枝节点Directory binDir = new Directory("bin");// 向bin目录中添加叶子节点binDir.add(new File("vi", 10000));binDir.add(new File("test", 20000));Directory tmpDir = new Directory("tmp");Directory usrDir = new Directory("usr");Directory mysqlDir = new Directory("mysql");mysqlDir.add(new File("my.cnf", 30));mysqlDir.add(new File("test.db", 25000));usrDir.add(mysqlDir);rootDir.add(binDir);rootDir.add(tmpDir);rootDir.add(mysqlDir);rootDir.printList("");}
}

组合模式优点

1. 组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象，表示对象的全部或部分层次，它让客户端忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。
2. 在组合模式中增加新的树枝节点和叶子节点都很方便，无须对现有类库进行任何修改，符合“开闭原则”。
3. 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子节点和树枝节点的递归组合，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

组合模式缺点

• 使用组合模式的前提在于，你的业务场景必须能够表示成树形结构。所以，组合模式的应用场景也比较局限，它并不是一种很常用的设计模式。

组合模式使用场景分析

• 处理一个树形结构，比如，公司人员组织架构、订单信息等；
• 跨越多个层次结构聚合数据，比如，统计文件夹下文件总数；
• 统一处理一个结构中的多个对象，比如，遍历文件夹下所有 XML 类型文件内容。

MyBatis中的应用

MyBatis支持动态SQL的强大功能，比如下面的这个SQL：

<update id="update" parameterType="org.format.dynamicproxy.mybatis.bean.User">UPDATE users<trim prefix="SET" prefixOverrides=","><if test="name != null and name != ''">name = #{name}</if><if test="age != null and age != ''">, age = #{age}</if><if test="birthday != null and birthday != ''">, birthday = #{birthday}</if></trim>where id = ${id}
</update>

在这里面使用到了trim、if等动态标签，我们可以根据实际的业务需求，动态地拼装SQL语句。这些动态SQL标签在MyBatis中被解析后会被转换为不同的SQL节点树结构，通过组合模式将这些SQL节点组织在一起，最后生成完整的SQL语句。

MyBatis中用组合模式的例子有MixedSqlNode、TrimSqlNode、ChooseSqlNode、IfSqlNode、WhereSqlNode等。

我们通过查看MixedSqlNode类的源码，可以看到组合模式的应用。

public class MixedSqlNode implements SqlNode {private final List<SqlNode> contents;public MixedSqlNode(List<SqlNode> contents) {this.contents = contents;}@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) {for (SqlNode sqlNode : contents) {sqlNode.apply(context);}return true;}
}

在MixedSqlNode类中，包含了一个List<SqlNode>集合contents，它可以包含SqlNode类型的对象，如IfSqlNode、TrimSqlNode、WhereSqlNode等。这些节点可以组成一个复杂的树形结构，通过递归调用它们的apply方法，可以逐步生成完整的SQL语句。

例如，IfSqlNode类的源码：

public class IfSqlNode implements SqlNode {private final ExpressionEvaluator evaluator;private final String test;private final SqlNode contents;public IfSqlNode(SqlNode contents, String test) {this.test = test;this.contents = contents;this.evaluator = new ExpressionEvaluator();}@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) {if (evaluator.evaluateBoolean(test, context.getBindings())) {contents.apply(context);return true;}return false;}
}

在IfSqlNode中，它包含一个SqlNode类型的contents，表示如果条件满足时需要执行的SQL节点。通过调用contents.apply(context)，可以将子节点的内容拼接到当前的SQL上下文中。

总结

组合模式在处理复杂结构时非常有用，尤其是树形结构和递归处理的场景。它可以通过统一接口处理单个对象和组合对象，简化了代码的实现和维护。在MyBatis中，组合模式被广泛应用于动态SQL的生成过程中，通过不同类型的SQL节点组织成树形结构，递归地生成最终的SQL语句。

通过以上内容，我们了解了组合模式的定义、结构、优缺点以及在实际中的应用，特别是在MyBatis中的具体实现。掌握组合模式可以帮助我们更好地设计和实现复杂结构的代码，提高代码的可维护性和扩展性。