以下是一个结合组合模式解决实际开发问题的Java实现案例，涵盖树形结构处理、统一接口设计、递归操作优化等场景需求，附带逐行中文注释：
场景描述
实现一个企业组织架构管理系统，需满足：
树形结构：支持无限层级部门嵌套
统一操作：统计部门人数（含子部门）
动态增删：运行时修改组织架构
访问控制：不同部门有独立权限配置
性能优化：避免重复计算人员总数
完整代码实现：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** 组织组件抽象类（Component）*/
abstract class OrganizationComponent {protected String name; // 部门/员工名称protected String deptCode;// 部门编码（员工为null）public OrganizationComponent(String name) {this.name = name;}// 公共操作方法（默认抛出异常，叶子节点需覆盖）public void add(OrganizationComponent component) {throw new UnsupportedOperationException("当前节点不支持添加操作");}public void remove(OrganizationComponent component) {throw new UnsupportedOperationException("当前节点不支持删除操作");}// 获取子节点（容器节点需实现）public List<OrganizationComponent> getChildren() {throw new UnsupportedOperationException("当前节点无子节点");}// 统计人数（抽象方法）public abstract int countMembers();// 打印结构（抽象方法）public abstract void printStructure(int depth);// 权限校验模板方法public final boolean checkPermission(String permissionCode) {// 1. 检查当前节点权限if (hasLocalPermission(permissionCode)) return true;// 2. 递归检查上级权限return checkParentPermission(permissionCode);}// 当前节点权限校验（由子类实现）protected abstract boolean hasLocalPermission(String permissionCode);// 上级权限校验（由子类实现）protected abstract boolean checkParentPermission(String permissionCode);
}/*** 部门类（Composite）*/
class Department extends OrganizationComponent {private List<OrganizationComponent> children = new ArrayList<>();private int cachedMemberCount = -1; // 缓存人数（-1表示未缓存）private String[] permissions; // 部门权限列表public Department(String name, String deptCode, String[] permissions) {super(name);this.deptCode = deptCode;this.permissions = permissions;}@Overridepublic void add(OrganizationComponent component) {children.add(component);invalidateCache(); // 增删操作后清除缓存}@Overridepublic void remove(OrganizationComponent component) {children.remove(component);invalidateCache();}@Overridepublic List<OrganizationComponent> getChildren() {return new ArrayList<>(children); // 返回副本防止外部修改}@Overridepublic int countMembers() {if (cachedMemberCount == -1) {cachedMemberCount = children.stream().mapToInt(OrganizationComponent::countMembers).sum();}return cachedMemberCount;}@Overridepublic void printStructure(int depth) {String indent = " ".repeat(depth);System.out.printf("%s[部门] %s（%d人）%n", indent, name, countMembers());for (OrganizationComponent child : children) {child.printStructure(depth + 1);}}@Overrideprotected boolean hasLocalPermission(String permissionCode) {for (String p : permissions) {if (p.equals(permissionCode)) return true;}return false;}@Overrideprotected boolean checkParentPermission(String permissionCode) {// 部门默认继承上级权限（此处简化逻辑）return false; // 实际应根据组织架构实现}private void invalidateCache() {cachedMemberCount = -1;}
}/*** 员工类（Leaf）*/
class Employee extends OrganizationComponent {private String position; // 职位private String[] roles; // 角色权限public Employee(String name, String position, String[] roles) {super(name);this.position = position;this.roles = roles;}@Overridepublic int countMembers() {return 1; // 叶子节点直接返回1}@Overridepublic void printStructure(int depth) {String indent = " ".repeat(depth);System.out.printf("%s- %s（%s）%n", indent, name, position);}@Overrideprotected boolean hasLocalPermission(String permissionCode) {for (String role : roles) {if (role.equals(permissionCode)) return true;}return false;}@Overrideprotected boolean checkParentPermission(String permissionCode) {// 员工权限不继承部门权限（示例逻辑）return false;}
}// ================== 客户端代码 ==================
public class CompositePatternDemo {public static void main(String[] args) {// 构建组织架构OrganizationComponent root = new Department("总公司", "D001", new String[]{"finance_approve"});// 添加技术部Department techDept = new Department("技术部", "D002", new String[]{"code_review"});techDept.add(new Employee("张三", "Java工程师", new String[]{"dev"}));techDept.add(new Employee("李四", "架构师", new String[]{"dev", "design"}));root.add(techDept);// 添加市场部Department marketDept = new Department("市场部", "D003", new String[]{"campaign_manage"});marketDept.add(new Employee("王五", "市场经理", new String[]{"sales"}));root.add(marketDept);// 打印结构System.out.println("==== 组织架构 ====");root.printStructure(0);// 统计人数System.out.printf("\n总人数：%d\n", root.countMembers());// 权限校验测试OrganizationComponent dev = techDept.getChildren().get(0);System.out.println("\n权限检查：");System.out.println("张三是否有dev权限：" + dev.checkPermission("dev")); // trueSystem.out.println("张三是否有finance权限：" + dev.checkPermission("finance_approve")); // false}
}
真实场景问题解决
| 问题类型 | 解决方案 |
|---|---|
| 树形结构遍历效率低 | 引入缓存机制优化统计性能 |
| 权限管理复杂 | 模板方法统一权限校验流程，子类实现具体逻辑 |
| 意外修改风险 | 返回子节点列表的副本（防御性拷贝） |
| 叶子容器行为差异 | 父类默认抛出异常，子类按需覆盖 |
| 循环引用风险 | 增删操作时检查父子关系（示例未展示，实际应添加校验逻辑） |
| 动态扩展困难 | 通过组合模式天然支持动态结构调整 |
模式对比与选择
| 模式 | 适用场景 | 组合模式特点 |
|---|---|---|
| 组合模式 | 树形结构、部分-整体关系 | 统一处理叶子与容器节点 |
| 装饰器模式 | 动态添加功能 | 保持接口一致性，透明扩展 |
| 访问者模式 | 对复杂结构进行多种操作 | 常与组合模式配合使用 |
| 迭代器模式 | 遍历复杂数据结构 | 为组合结构提供统一遍历接口 |
组合模式最佳实践
设计原则
单一职责原则：组件类专注结构管理，业务逻辑通过访问者模式分离
开闭原则：新增组件类型无需修改现有代码
性能优化
使用备忘录模式缓存计算结果
采用延迟加载策略初始化子节点
安全实现
使用UnsupportedOperationException约束叶子节点操作
为容器节点实现迭代器保护内部结构
扩展方向
结合观察者模式实现结构变更通知
使用原型模式快速复制子树结构
通过这个案例可以看出，组合模式在管理层次化数据和统一操作接口的场景中表现优异。实际开发中建议：
明确定义组件角色：严格区分叶子与容器节点
合理使用缓存：优化递归操作性能
防御性编程：防止客户端误用组件接口
结合其他模式：如访问者模式处理复杂业务逻辑
一句话总结
组合模式是一种结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
组合模式和桥接模式都是依赖抽象，但是组合模式更注重整体和局部的关联，而桥接模式更注重依赖抽象，不会去关注依赖对象之间的关联。
