没有性能瓶颈的无限级菜单树应该这样设计

Tom弹架构
本文节选自《设计模式就该这样学》

1 使用透明组合模式实现课程目录结构

以一门网络课程为例,我们设计一个课程的关系结构。比如,我们有Java入门课程、人工智能课程、Java设计模式、源码分析、软技能等,而Java设计模式、源码分析、软技能又属于Java架构师系列课程包,每个课程的定价都不一样。但是,这些课程不论怎么组合,都有一些共性,而且是整体和部分的关系,可以用组合模式来设计。首先创建一个顶层的抽象组件CourseComponent类。


/**
 * Created by Tom.
 */
public abstract class CourseComponent {

    public void addChild(CourseComponent catalogComponent){
        throw new UnsupportedOperationException("不支持添加操作");
    }

    public void removeChild(CourseComponent catalogComponent){
        throw new UnsupportedOperationException("不支持删除操作");
    }


    public String getName(CourseComponent catalogComponent){
        throw new UnsupportedOperationException("不支持获取名称操作");
    }


    public double getPrice(CourseComponent catalogComponent){
        throw new UnsupportedOperationException("不支持获取价格操作");
    }


    public void print(){
        throw new UnsupportedOperationException("不支持打印操作");
    }

}

把所有可能用到的方法都定义到这个顶层的抽象组件中,但是不写任何逻辑处理的代码,而是直接抛异常。这里,有些小伙伴会有疑惑,为什么不用抽象方法?因为用了抽象方法,其子类就必须实现,这样便体现不出各子类的细微差异。所以子类继承此抽象类后,只需要重写有差异的方法覆盖父类的方法即可。
然后分别创建课程Course类和课程包CoursePackage类。创建Course类的代码如下。


/**
 * Created by Tom.
 */
public class Course extends CourseComponent {
    private String name;
    private double price;

    public Course(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
        return this.name;
    }

    @Override
    public double getPrice(CourseComponent catalogComponent) {
        return this.price;
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println(name + " (¥" + price + "元)");
    }

}

创建CoursePackage类的代码如下。


/**
 * Created by Tom.
 */
public class CoursePackage extends CourseComponent {
    private List<CourseComponent> items = new ArrayList<CourseComponent>();
    private String name;
    private Integer level;


    public CoursePackage(String name, Integer level) {
        this.name = name;
        this.level = level;
    }

    @Override
    public void addChild(CourseComponent catalogComponent) {
        items.add(catalogComponent);
    }

    @Override
    public String getName(CourseComponent catalogComponent) {
        return this.name;
    }

    @Override
    public void removeChild(CourseComponent catalogComponent) {
        items.remove(catalogComponent);
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println(this.name);

        for(CourseComponent catalogComponent : items){
            //控制显示格式
            if(this.level != null){
                for(int  i = 0; i < this.level; i ++){
                    //打印空格控制格式
                    System.out.print("  ");
                }
                for(int  i = 0; i < this.level; i ++){
                    //每一行开始打印一个+号
                    if(i == 0){ System.out.print("+"); }
                    System.out.print("-");
                }
            }
            //打印标题
            catalogComponent.print();
        }
    }

}

最后编写客户端测试代码。


public static void main(String[] args) {

        System.out.println("============透明组合模式===========");

        CourseComponent javaBase = new Course("Java入门课程",8280);
        CourseComponent ai = new Course("人工智能",5000);

        CourseComponent packageCourse = new CoursePackage("Java架构师课程",2);

        CourseComponent design = new Course("Java设计模式",1500);
        CourseComponent source = new Course("源码分析",2000);
        CourseComponent softSkill = new Course("软技能",3000);

        packageCourse.addChild(design);
        packageCourse.addChild(source);
        packageCourse.addChild(softSkill);

        CourseComponent catalog = new CoursePackage("课程主目录",1);
        catalog.addChild(javaBase);
        catalog.addChild(ai);
        catalog.addChild(packageCourse);

        catalog.print();

}

运行结果如下图所示。

image.png

透明组合模式把所有公共方法都定义在 Component 中,这样客户端就不需要区分操作对象是叶子节点还是树枝节点;但是,叶子节点会继承一些它不需要(管理子类操作的方法)的方法,这与设计模式的接口隔离原则相违背。

2 使用安全组合模式实现无限级文件系统

再举一个程序员更熟悉的例子。对于程序员来说,电脑是每天都要接触的。电脑的文件系统其实就是一个典型的树形结构,目录包含文件夹和文件,文件夹里面又可以包含文件夹和文件。下面用代码来实现一个目录系统。
文件系统有两个大的层次:文件夹和文件。其中,文件夹能容纳其他层次,为树枝节点;文件是最小单位,为叶子节点。由于目录系统层次较少,且树枝节点(文件夹)结构相对稳定,而文件其实可以有很多类型,所以我们选择使用安全组合模式来实现目录系统,可以避免为叶子节点类型(文件)引入冗余方法。首先创建顶层的抽象组件Directory类。


public abstract class Directory {

    protected String name;

    public Directory(String name) {
        this.name = name;
    }

    public abstract void show();

}

然后分别创建File类和Folder类。创建File类的代码如下。


public class File extends Directory {

    public File(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println(this.name);
    }

}

创建Folder类的代码如下。


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Folder extends Directory {
    private List<Directory> dirs;

    private Integer level;

    public Folder(String name,Integer level) {
        super(name);
        this.level = level;
        this.dirs = new ArrayList<Directory>();
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println(this.name);
        for (Directory dir : this.dirs) {
            //控制显示格式
            if(this.level != null){
                for(int  i = 0; i < this.level; i ++){
                    //打印空格控制格式
                    System.out.print("  ");
                }
                for(int  i = 0; i < this.level; i ++){
                    //每一行开始打印一个+号
                    if(i == 0){ System.out.print("+"); }
                    System.out.print("-");
                }
            }
            //打印名称
            dir.show();
        }
    }

    public boolean add(Directory dir) {
        return this.dirs.add(dir);
    }

    public boolean remove(Directory dir) {
        return this.dirs.remove(dir);
    }

    public Directory get(int index) {
        return this.dirs.get(index);
    }

    public void list(){
        for (Directory dir : this.dirs) {
            System.out.println(dir.name);
        }
    }

}

注意,Folder类不仅覆盖了顶层的show()方法,还增加了list()方法。
最后编写客户端测试代码。


    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("============安全组合模式===========");

        File qq = new File("QQ.exe");
        File wx = new File("微信.exe");

        Folder office = new Folder("办公软件",2);

        File word = new File("Word.exe");
        File ppt = new File("PowerPoint.exe");
        File excel = new File("Excel.exe");

        office.add(word);
        office.add(ppt);
        office.add(excel);

        Folder wps = new Folder("金山软件",3);
        wps.add(new File("WPS.exe"));
        office.add(wps);

        Folder root = new Folder("根目录",1);
        root.add(qq);
        root.add(wx);
        root.add(office);

        System.out.println("----------show()方法效果-----------");
        root.show();

        System.out.println("----------list()方法效果-----------");
        root.list();

}

运行结果如下图所示。

image.png

安全组合模式的好处是接口定义职责清晰,符合设计模式的单一职责原则和接口隔离原则;缺点是客户需要区分树枝节点和叶子节点,这样才能正确处理各个层次的操作,客户端无法依赖抽象接口(Component),违背了设计模式的依赖倒置原则。

关注微信公众号『 Tom弹架构 』回复“设计模式”可获取完整源码。

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设计模式就该这样学
设计模式就该这样学

《Spring 5核心原理》、《Netty 4核心原理》、《设计模式就该这样学》作者。

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