Java 编程之模板方法模式

引言

本文用一杯茶咖，让你喝懂模板方法模式设计思想

☕ “程序员不止写代码，也懂泡茶和冲咖啡。”
模板方法模式——把固定的流程封装在抽象类中，把可变的步骤交给子类决定。本文通过生活化例子+代码一一对应讲透它！

一、模板方法模式定义

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，用于定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类中。

通俗地说：

父类定流程，子类补细节。

这使得子类在不改变整体算法结构的前提下，能够重新定义某些步骤的实现方式。

二、类比用例

在生活中，泡茶与冲咖啡为例来理解这一设计模式。

泡茶与冲咖啡的流程都很像：

1. 烧开水
2. 冲泡
3. 倒入杯中
4. 如果愿意，可以加入佐料（如柠檬片、糖、牛奶等）

于是，我们可以把这套流程抽象为一个“饮品冲泡模板”，具体细节（茶叶 or 咖啡粉，是否加佐料）由子类决定。

三、模板方法模式结构

@startuml
abstract class CaffeineBeverage {
    +prepareRecipe()
    -boilWater()
    -pourInCup()
    +brew() : abstract
    +addCondiments() : abstract
}

class Tea extends CaffeineBeverage
class Coffee extends CaffeineBeverage

CaffeineBeverage <|-- Tea
CaffeineBeverage <|-- Coffee
@enduml

四、代码实现：把生活变代码

4.1. 饮品冲泡模板（抽象类）

public abstract class CaffeineBeverage {

    // 模板方法，不可重写
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();                 // 由子类实现
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();    // 由子类实现
        }
    }

    void boilWater() {
        System.out.println("把水煮沸");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("把饮料倒进杯子");
    }

    // 钩子方法：子类可以选择是否重写
    boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }

    abstract void brew();           // 冲泡方式不同
    abstract void addCondiments();  // 添加佐料方式不同
}

4.2. 茶类实现

public class Tea extends CaffeineBeverage {

    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用热水浸泡茶叶");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加点柠檬片");
    }

    @Override
    boolean customerWantsCondiments() {
        return true; // 或根据用户输入来动态判断
    }
}

4.3. 咖啡类实现

public class Coffee extends CaffeineBeverage {

    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用热水冲泡咖啡粉");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加糖和牛奶");
    }

    @Override
    boolean customerWantsCondiments() {
        return false; // 咖啡师决定不加
    }
}

4.4. 客户端享用

public class BeverageTestDrive {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("---------- 泡一杯茶 ----------");
        CaffeineBeverage tea = new Tea();
        tea.prepareRecipe();

        System.out.println("\n---------- 冲一杯咖啡 ----------");
        CaffeineBeverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();
    }
}

输出结果：

---------- 泡一杯茶 ----------
把水煮沸
用热水浸泡茶叶
把饮料倒进杯子
加点柠檬片

---------- 冲一杯咖啡 ----------
把水煮沸
用热水冲泡咖啡粉
把饮料倒进杯子

五、关键点分析

六、优缺点总结

模板方法模式：
把流程写死在抽象类，把差异开放给子类，
这样就能稳定结构，又自由扩展。

优点

• 提高代码复用性：公共流程只写一次，子类只专注差异化实现。
• 提高扩展性：子类可按需定制部分步骤。
• 实现**“开闭原则”**：结构稳定，细节可变。

缺点

• 增加了类的数量（每种实现都要新建类）
• 对类结构理解有一定要求，不适合流程极度不确定的场景

七、应用场景

模板方法常见于以下场景：

• 框架设计：如 Servlet 的 doGet() / doPost() 在 service() 中被调用。
• 数据处理流程：读取文件 → 解析 → 验证 → 存储。
• 游戏或AI算法中的行为模板。

八、附加建议：代码增强思路

• 增加用户交互 Scanner 控制是否加佐料
• 用 Logger 代替 System.out.println
• 封装为“饮品工厂”模式组合使用

九、参考

《23种设计模式概览》