模板方法模式：优雅封装算法骨架

目录

一、模板方法模式

1、结构

2、特性

3、优缺点

3.1、优点

3.2、缺点

4、使用场景

5、实现示例

5.1、抽象类

5.2、实现类

5.3、测试类

一、模板方法模式

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为设计模式，它在一个方法中定义了一个算法的骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类中。

通过这种方式，模板方法模式可以将步骤的执行顺序控制在父类中，同时允许子类覆盖特定步骤的实现以满足具体需要。

1、结构

模板方法模式包含以下主要角色：

1. 抽象类(Abstract Class)

   • 定义抽象的基本操作，子类将重定义它们以实现算法的特定步骤

   • 实现一个模板方法，定义算法的骨架

2. 具体类(Concrete Class)

   • 实现基本操作以完成算法中与特定子类相关的步骤

2、特性

    固定算法结构：模板方法通过定义算法的骨架，确保算法的固定执行顺序。
    可扩展步骤：子类可以覆盖父类中定义的抽象方法，从而扩展或修改某些步骤，而不影响整体算法的结构。
    不可变模板方法：模板方法通常使用 final 修饰，这样子类就不能重写这个方法，从而保证了算法骨架的稳定性。

3、优缺点

3.1、优点

    代码复用：通过在抽象类中定义公用的算法结构，可以减少代码重复，提高代码复用性。
    灵活性和可扩展性：子类可以根据具体需求覆盖抽象方法，从而实现不同的具体行为，这提高了系统的灵活性和可扩展性。
    控制反转：模板方法模式实现了一种变相的控制反转，由父类调用子类实现的具体方法，减少了子类对父类的依赖。

3.2、缺点

    过度设计：如果算法步骤很简单或变化不大，使用模板方法模式可能导致过度设计，引入不必要的复杂性。
    实现不直观：模板方法模式涉及继承和多态，对某些人来说可能不是特别直观，需要详细文档说明才能正确理解和使用。

4、使用场景

1. 一次性实现算法的不变部分，将可变部分留给子类实现

2. 各子类中公共的行为应被提取出来集中到公共父类中

3. 控制子类扩展，只允许在特定点进行扩展

5、实现示例

5.1、抽象类
 

/**
 * 抽象类 - 饮料制作模板
 * 定义了制作饮料的算法骨架
 */
public abstract class BeverageTemplate {
    
    // 模板方法 - 定义制作饮料的步骤（算法骨架）
    public final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }
    
    // 具体方法 - 烧水（所有饮料都一样）
    private void boilWater() {
        System.out.println("烧开水");
    }
    
    // 具体方法 - 倒入杯子（所有饮料都一样）
    private void pourInCup() {
        System.out.println("将饮料倒入杯子");
    }
    
    // 抽象方法 - 冲泡（由子类实现）
    protected abstract void brew();
    
    // 抽象方法 - 添加调料（由子类实现）
    protected abstract void addCondiments();
    
    // 钩子方法 - 顾客是否要加调料（默认返回true，子类可覆盖）
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

5.2、实现类

具体子类 - 咖啡

/**
 * 具体子类 - 咖啡
 */
public class Coffee extends BeverageTemplate {
    
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("冲泡咖啡粉");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖和牛奶");
    }
    
    // 覆盖钩子方法 - 询问用户是否要加调料
    @Override
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        String answer = getUserInput();
        return answer.toLowerCase().startsWith("y");
    }
    
 
}

具体子类 - 茶

/**
 * 具体子类 - 茶
 */
public class Tea extends BeverageTemplate {
    
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("浸泡茶叶");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入柠檬");
    }
    
    // 覆盖钩子方法 - 茶默认不加调料
    @Override
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return false;
    }
}

5.3、测试类

public class BeverageTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("======= 制作咖啡 =======");
        BeverageTemplate coffee = new Coffee();
        coffee.prepareBeverage();
        
        System.out.println("\n======= 制作茶 =======");
        BeverageTemplate tea = new Tea();
        tea.prepareBeverage();
    }
}

结果：

======= 制作咖啡 =======
烧开水
冲泡咖啡粉
将饮料倒入杯子
您的咖啡要加糖和牛奶吗 (y/n)? y
加入糖和牛奶

======= 制作茶 =======
烧开水
浸泡茶叶
将饮料倒入杯子