设计模式-模板方法模式

oldman

2022-07-04

笔记

设计模式

参考：http://c.biancheng.net/view/1376.html

什么是模板方法模式

模板方法（Template Method）模式的定义：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。它是一种类行为型模式。

优点：

它封装了不变部分，扩展可变部分。它把认为是不变部分的算法封装到父类中实现，而把可变部分算法由子类继承实现，便于子类继续扩展。
它在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。

缺点：

对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，间接地增加了系统实现的复杂度。
父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。
由于继承关系自身的缺点，如果父类添加新的抽象方法，则所有子类都要改一遍。

结构与实现

模板方法模式包含以下主要角色。

1）抽象类/抽象模板（Abstract Class）

抽象模板类，负责给出一个算法的轮廓和骨架。它由一个模板方法和若干个基本方法构成。这些方法的定义如下。

① 模板方法：定义了算法的骨架，按某种顺序调用其包含的基本方法。

② 基本方法：是整个算法中的一个步骤，包含以下几种类型。

抽象方法：在抽象类中声明，由具体子类实现。
具体方法：在抽象类中已经实现，在具体子类中可以继承或重写它。
钩子方法：在抽象类中已经实现，包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种。

2）具体子类/具体实现（Concrete Class）

具体实现类，实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法，它们是一个顶级逻辑的一个组成步骤。

代码实现：

public class TemplateMethodPattern {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass tm = new ConcreteClass();
        tm.templateMethod();
    }
}
//抽象类
abstract class AbstractClass {
    //模板方法
    public void templateMethod() {
        specificMethod();
        abstractMethod1();
        abstractMethod2();
    }
    //具体方法
    public void specificMethod() {
        System.out.println("抽象类中的具体方法被调用...");
    }
    //抽象方法1
    public abstract void abstractMethod1();
    //抽象方法2
    public abstract void abstractMethod2();
}
//具体子类
class ConcreteClass extends AbstractClass {
    @Override
    public void abstractMethod1() {
        System.out.println("抽象方法1的实现被调用...");
    }
    @Override
    public void abstractMethod2() {
        System.out.println("抽象方法2的实现被调用...");
    }
}

运行结果：

1
2
3

抽象类中的具体方法被调用...
抽象方法1的实现被调用...
抽象方法2的实现被调用...

应用实例

【例1】用模板方法模式实现出国留学手续设计程序。

分析：出国留学手续一般经过以下流程：索取学校资料，提出入学申请，办理因私出国护照、出境卡和公证，申请签证，体检、订机票、准备行装，抵达目标学校等，其中有些业务对各个学校是一样的，但有些业务因学校不同而不同，所以比较适合用模板方法模式来实现。

在本实例中，我们先定义一个出国留学的抽象类 StudyAbroad，里面包含了一个模板方法 TemplateMethod()，该方法中包含了办理出国留学手续流程中的各个基本方法，其中有些方法的处理由于各国都一样，所以在抽象类中就可以实现，但有些方法的处理各国是不同的，必须在其具体子类（如美国留学类 StudyInAmerica）中实现。如果再增加一个国家，只要增加一个子类就可以了。

代码实现：

public class StudyAbroadProcess {
    public static void main(String[] args) {
        StudyAbroad tm = new StudyInAmerica();
        tm.templateMethod();
    }
}
//抽象类: 出国留学
abstract class StudyAbroad {
    public void templateMethod() //模板方法
    {
        lookingForSchool(); //索取学校资料
        applyForEnrol();    //入学申请
        applyForPassport(); //办理因私出国护照、出境卡和公证
        applyForVisa();     //申请签证
        readyGoAbroad();    //体检、订机票、准备行装
        arriving();         //抵达
    }
    public void applyForPassport() {
        System.out.println("办理因私出国护照、出境卡和公证");
    }
    public void applyForVisa() {
        System.out.println("申请签证");
    }
    public void readyGoAbroad() {
        System.out.println("体检、订机票、准备行装");
    }
    public abstract void lookingForSchool();//索取学校资料
    public abstract void applyForEnrol();   //入学申请
    public abstract void arriving();        //抵达
}
//具体子类: 美国留学
class StudyInAmerica extends StudyAbroad {
    @Override
    public void lookingForSchool() {
        System.out.println("索取学校以下资料");
    }
    @Override
    public void applyForEnrol() {
        System.out.println("入学申请");
    }
    @Override
    public void arriving() {
        System.out.println("抵达目标学校");
    }
}

运行结果：

索取学校以下资料
入学申请
办理因私出国护照、出境卡和公证
申请签证
体检、订机票、准备行装
抵达目标学校

应用场景

模板方法模式通常适用于以下场景。

算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。
当多个子类存在公共的行为时，可以将其提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。首先，要识别现有代码中的不同之处，并且将不同之处分离为新的操作。最后，用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。
当需要控制子类的扩展时，模板方法只在特定点调用钩子操作，这样就只允许在这些点进行扩展。

扩展

在模板方法模式中，基本方法包含：抽象方法、具体方法和钩子方法，正确使用“钩子方法”可以使得子类控制父类的行为。如下面例子中，可以通过在具体子类中重写钩子方法 hookMethod1() 和 hookMethod2() 来改变抽象父类中的运行结果。

代码实现：

public class HookTemplateMethod {
    public static void main(String[] args) {
        HookAbstractClass tm = new HookConcreteClass();
        tm.templateMethod();
    }
}
//含钩子方法的抽象类
abstract class HookAbstractClass {
    //模板方法
    public void templateMethod() {
        abstractMethod1();
        hookMethod1();
        if (hookMethod2()) {
            specificMethod();
        }
        abstractMethod2();
    }
    //具体方法
    public void specificMethod() {
        System.out.println("抽象类中的具体方法被调用...");
    }
    //钩子方法1
    public void hookMethod1() {
    }
    //钩子方法2
    public boolean hookMethod2() {
        return true;
    }
    //抽象方法1
    public abstract void abstractMethod1();
    //抽象方法2
    public abstract void abstractMethod2();
}
//含钩子方法的具体子类
class HookConcreteClass extends HookAbstractClass {
    @Override
    public void abstractMethod1() {
        System.out.println("抽象方法1的实现被调用...");
    }
    @Override
    public void abstractMethod2() {
        System.out.println("抽象方法2的实现被调用...");
    }
    @Override
    public void hookMethod1() {
        System.out.println("钩子方法1被重写...");
    }
    @Override
    public boolean hookMethod2() {
        return false;
    }
}

运行结果：

1
2
3

抽象方法1的实现被调用...
钩子方法1被重写...
抽象方法2的实现被调用...

如果钩子方法 hookMethod1() 和钩子方法 hookMethod2() 的代码改变，则程序的运行结果也会改变。