无废话C#设计模式之十一：Composite

意图

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

场景

我们知道，一个网络游戏通常会有多个游戏大区。每一个游戏大区会有很多游戏服务器（一个游戏大区就是一组游戏服务器）。每一个游戏服务器上会有不同的服务（可以是多个服务）。这是一个明显的部分-整体关系，假设我们现在需要制作一个服务器管理工具，用于显示所有大区、服务器以及服务的信息，并且能开启这些服务（可以是单独开启一个服务，也可以是开启整个服务器上的所有服务，也可以是开启整个大区的所有服务）。

可以看到，游戏服务器和游戏大区都是一个组合对象，而游戏服务是最底层的节点。客户端在开启一个游戏大区服务的时候，必须和游戏服务器以及游戏服务进行依赖，而在开启游戏服务器上所有服务的时候，必须和游戏服务进行依赖。试想一下，如果一个公司的总裁在管理上不但需要和各总监以及经理进行沟通，还有和底层的员工沟通，那么总裁是不是会太忙碌了一点？由此，我们引入组合模式，使组合对象和单个对象具有一样的表现形式。

示例代码


using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Text;

 

namespace CompositeExample

{

    class Program

    {

        static void Main(string[] args)

        {

            Element server1 = new GameServer("GS1", "192.168.0.1");

            server1.Add(new GameService("Lobby1", 1, "S5Lobby1"));

            server1.Add(new GameService("Gate1", 2, "S5Gate1"));

            server1.Add(new GameService("DataExchange1", 3, "S5DataExchange1"));

            server1.Add(new GameService("Rank1", 4, "S5Rank1"));

            server1.Add(new GameService("Log1", 5, "S5Log1"));

            Element server2 = new GameServer("GS2", "192.168.0.2");

            server2.Add(new GameService("Lobby2", 1, "S5Lobby2"));

            server2.Add(new GameService("Gate2", 2, "S5Gate2"));

            server2.Add(new GameService("DataExchange2", 3, "S5DataExchange1"));

            server2.Add(new GameService("Rank2", 4, "S5Rank2"));

            server2.Add(new GameService("Log2", 5, "S5Log2"));

            Element area = new GameArea("电信区");

            area.Add(server1);

            area.Add(server2);

            area.Display();

            area.Start();

            area.Stop();

        }

    }

 

    abstract class Element

    {

        protected string name;

 

        public Element(string name)

        {

            this.name = name;

        }

 

        public abstract void Add(Element element);

        public abstract void Remove(Element element);

        public abstract void Display();

        public abstract void Start();

        public abstract void Stop();

    }

 

    class GameService : Element, IComparable

    {

        private int serviceType;

        private string serviceName;

 

        public GameService(string name, int serviceType, string serviceName)

            : base (name)

        {

            this.serviceName = serviceName;

            this.serviceType = serviceType;

        }

 

        public override void Add(Element element)

        {

            throw new ApplicationException("xxx");

        }

 

        public override void Remove(Element element)

        {

            throw new ApplicationException("xxx");

        }

 

        public override void Display()

        {

            Console.WriteLine(string.Format("name:{0},serviceType:{1},serviceName:{2}", name, serviceType, serviceName));

        }

 

        public override void Start()

        {

            Console.WriteLine(string.Format("{0} started", name));

        }

 

        public override void Stop()

        {

            Console.WriteLine(string.Format("{0} stopped", name));

        }

 

        public int CompareTo(GameService other)

        {

            return other.serviceType.CompareTo(serviceType);

        }

    }

 

    class GameServer : Element

    {

        private string serverIP;

        private List serviceList = new List();

 

        public GameServer(string name, string serverIP)

            : base(name)

        {

           

            this.serverIP = serverIP;

        }

       

        public override void Add(Element element)

        {

            serviceList.Add((GameService)element);

        }

 

        public override void Remove(Element element)

        {

            serviceList.Remove((GameService)element);

        }

 

        public override void Display()

        {

            Console.WriteLine(string.Format("{0}{1}({2}){3}", new string('+', 10), name, serverIP, new string('+', 10)));

            foreach (Element element in serviceList)

            {

                element.Display();

            }

        }

 

        public override void Start()

        {

            serviceList.Sort();

            Console.WriteLine("=============Starting the whole " + name + "=============");

            for (int i = 0; i < serviceList.Count; i++ )

            {

                serviceList[i].Start();

            }

            Console.WriteLine("=============The whole " + name + " started=============");

        }

 

        public override void Stop()

        {

            Console.WriteLine("=============Stopping the whole " + name + "=============");

            for (int i = serviceList.Count -1; i >= 0; i--)

            {

                serviceList[i].Stop();

            }

            Console.WriteLine("=============The whole " + name + " stopped=============");

        }

    }

 

    class GameArea : Element

    {

        private List serverList = new List();

 

        public GameArea(string name)

            : base(name) { }

 

        public override void Add(Element element)

        {

            serverList.Add((GameServer)element);

        }

 

        public override void Remove(Element element)

        {

            serverList.Remove((GameServer)element);

        }

 

        public override void Display()

        {

            Console.WriteLine(new string('=',20));

            Console.WriteLine("       " + name);

            Console.WriteLine(new string('=', 20));

            foreach (Element element in serverList)

            {

                element.Display();

            }

        }

 

        public override void Start()

        {

            Console.WriteLine("=============Starting the whole " + name + "=============");

            foreach (Element element in serverList)

            {

                element.Start();

            }

            Console.WriteLine("=============The whole " + name + " started=============");

        }

 

        public override void Stop()

        {

            Console.WriteLine("=============Stopping the whole " + name + "=============");

            foreach (Element element in serverList)

            {

                element.Stop();

            }

            Console.WriteLine("=============The whole " + name + " stopped=============");

        }

    }

}

代码执行结果如下图：

代码说明

·Element类型就是抽象构件的角色，它给组合对象以及单个对象提供了一个一致的接口，使得它们都能有一致的行为。

·这里就出现一个问题，组合对象需要通过Add和Remove方法来为其添加子节点，而最底层的树叶构件下并没有任何子节点，在接口中定义这些操作子节点方法的方式叫做透明方式的合成模式，缺点就是不够安全，容易在运行时出现异常。如果把这些操作子节点的方法定义从抽象构件中删除，由各树枝构件来实现的话，就是安全方式的合成模式，缺点也就是不够透明。具体怎么做还要根据自己的需求。

·GameService当然就是树叶构件，如果调用它的Add以及Remove方法会抛出一个异常。当然，你也可以以其它方式来记录这种逻辑错误。

·GameServer是一个树枝构件。一个游戏服务器上会有多个游戏服务。这里注意到一点，在开启服务器上所有服务的时候，我们对服务进行了排序，排序是按照服务的类型进行的。然后，我们按照服务类型从大到小的次序开启了服务。一般一个网络游戏的服务会有很多种，而这些服务的开启是有先后次序的，先开记录日志的服务、排名服务、再开数据交换的服务、最后才是大厅服务等。我们不可能让用户进入大厅的时候没有地方写数据和日志吧。开启服务是按照次序的，那么关闭服务也就是按照相反的次序了。

·从上面这点，我们就可以看到组合模式的好处了，树枝构件在管理树叶构件的时候通常还会有一些逻辑，不会是简单的增加和删除操作。如果这些工作交给客户端去做的话，就太不合理了。

·最上层的树枝构件就是GameArea类型。它并没有什么特殊的地方。

何时采用

·从代码角度来说，如果类型之间组成了层次结构，你希望使用统一的接口来管理每一个层次的类型的时候。

·从应用角度来说，如果你希望把一对多的关系转化为一对一的关系的时候。

实现要点

· 使用透明模式还是安全模式根据自己的需要定。

·在某些情况下，树叶构件可以访问树枝构件获取一些信息。

·如果树叶构件数量比较多，树枝构件频繁遍历子节点的话可以考虑进行缓存。

· 既然所有对象有了统一的接口，客户端应该针对抽象构件进行编程。

无