设计模式基础概念（行为模式）：模板方法模式 (Template Method)

概述

模板方法模式是一种行为设计模式， 它在超类中定义了一个算法的框架， 允许子类在不修改结构的情况下重写算法的特定步骤。

• 是基于继承的代码复用的基本技术，模板方法模式的类结构图中，只有继承关系。

• 需要开发抽象类和具体子类的设计师之间的协作。一个设计师负责给出一个算法的轮廓和骨架，另一些设计师则负责给出这个算法的各个逻辑步骤。

  • 代表这些具体逻辑步骤的方法称做基本方法(primitive method)；
    • 基本方法又可以分为三种：抽象方法(Abstract Method)、具体方法(Concrete Method)和钩子方法(Hook Method)。
      • 抽象方法：一个抽象方法由抽象类声明，由具体子类实现。在Java语言里抽象方法以abstract关键字标示。
      • 具体方法：一个具体方法由抽象类声明并实现，而子类并不实现或置换。
      • 钩子方法：一个钩子方法由抽象类声明并实现，而子类会加以扩展。它由抽象类声明并提供默认实现，并且由子类置换掉。

        钩子方法的名字应当以do开始

  • 而将这些基本方法汇总起来的方法叫做模板方法(template method)

• 工厂方法模式是模板方法模式的一种特殊形式。

在模板方法模式中，首先父类会定义一个算法的框架，即实现算法所必须的所有方法。

• 其中，具有共性的代码放在父类的具体方法中。
• 各个子类特殊性的代码放在子类的具体方法中。但是父类中需要有对应抽象方法声明。
• 钩子方法可以让子类决定是否对算法的不同点进行挂钩。

模板方法模式的缺点：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，但是更加符合“单一职责原则”，使得类的内聚性得以提高。

结构

示例

Java 程序库中模版方法的示例：

• java.io.InputStream、 java.io.OutputStream、 java.io.Reader 和 java.io.Writer 的所有非抽象方法。
• java.util.AbstractList 、 java.util.AbstractSet 和 java.util.AbstractMap的所有非抽象方法。
• javax.servlet.http.HttpServlet， 所有默认发送 HTTP 405 “方法不允许” 错误响应的 do­XXX()方法。 你可随时对其进行重写。

识别方法： 模版方法可以通过行为方法来识别， 该方法已有一个在基类中定义的 “默认” 行为。

伪代码实现

模板方法

public abstract class AbstractClass {
    /**
     * 模板方法，计算利息数额
     * 因为子类不能覆写一个被定义为final的方法。从而保证了子类的逻辑永远由父类所控制。
     *
     * @return    返回利息数额
     */
    public final double calculateInterest(){
        String operation1 = primitiveOperation1();
        double operation2 = primitiveOperation2();
        double result = templateMethod(operation1);
        return result;
    }
    /**
     * 基本方法留给子类实现
     */
    protected abstract String primitiveOperation1();
    /**
     * 基本方法留给子类实现
     */
    protected abstract double primitiveOperation2();
    /**
     * 基本方法，已经实现
     */
    private double templateMethod(String operation1){
        /**
         * 省略相关的业务逻辑
         */
        return 123.33;
    }
}

具体类

public class ConcreteClassA extends AbstractClass {

    @Override
    protected String primitiveOperation1() {
        
        return "xxx";
    }

    @Override
    protected double primitiveOperation2() {
        
        return 0.045;
    }

}

public class ConcreteClassB extends AbstractClass {

    @Override
    protected String primitiveOperation1() {
        return "xxx";
    }

    @Override
    protected double primitiveOperation2() {
        return 0.06;
    }

}

客户端代码

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass abstractClass = new ConcreteClassA();
        System.out.println("ConcreteClassA：" + abstractClass.templateMethod());
        abstractClass = new ConcreteClassB();
        System.out.println("ConcreteClassB：" + abstractClass.templateMethod());
    }

}

应用场景

希望客户端扩展某个特定算法步骤， 而不是整个算法或其结构时， 可使用模板方法模式。

• 模板方法将整个算法转换为一系列独立的步骤， 以便子类能对其进行扩展， 同时还可让超类中所定义的结构保持完整。

当多个类的算法除一些细微不同之外几乎完全一样时， 你可使用该模式。 但其 后果就是， 只要算法发生变化， 你就可能需要修改所有的类。

• 在将算法转换为模板方法时， 你可将相似的实现步骤提取到超类中以去除重复代码。
• 子类间各不同的代码可继续保留在子类中。