设计模式_模板方法模式_TemplateMethod

Roc Lau2024-01-26 13:58

介绍

基本介绍

  • 模板方法模式，又叫模板模式，在一个抽象类中定义了一个执行它的其他方法的公开模板方法，子类可以按需重写抽象类的抽象方法
  • 简单说，模板方法模式 定义一个操作中的算法（或者说流程）的骨架，而将一些步骤下放到子类中实现，使得子类可以在不改变算法结构的基础上，可以重新定义算法的某些步骤
  • 该模式属于行为型模式

使用说明

【AbstractClass】

  • template方法规定了如何调用operation2、operation3、operation4这几个子方法，子方法可以是抽象方法（需要子类来实现），也可以是已经实现的方法

【ConcreteClass、ConcreteClassB】

  • 用来实现父类的抽象方法

应用场景

当要完成某个过程，该过程要执行一系列步骤，这一系列的步骤基本相同，但其个别步骤可能有不同的实现，通常考虑用模板方法模式来处理

登场角色

  • AbstractClass(抽象类)：该角色负责实现模板方法，还声明在模板方法中所使用到的抽象方法
  • ConcreteClass(具体类)：负责具体实现AbstractClass角色中定义的抽象方法。这里实现的方法将会在AbstractClass角色的模板方法中被调用
  • Client(客户端)：使用具体类继承的模板方法

案例实现

案例一

问题介绍

编写制作豆浆的程序，说明如下：

  • 通过添加不同的配料，可以制作出不同口味的豆浆
  • 制作豆浆的流程：选材--->添加配料--->浸泡--->放到豆浆机打碎，这几个步骤对于制作每种口味的豆浆都是一样的
实现

【豆浆抽象类】

java 复制代码 
package com.test.template;

/**
* 抽象类，表示豆浆
*/
public abstract class SoyaMilk {

/**
* 模板方法, 模板方法可以做成final , 不让子类去覆盖
*/
final void make() {
select();
addCondiments();
soak();
beat();
}

/**
* 选材料
*/
void select() {
System.out.println("第一步：选择好的新鲜黄豆  ");
}

/**
* 添加不同的配料， 抽象方法, 子类具体实现
*/
abstract void addCondiments();

/**
* 浸泡
*/
void soak() {
System.out.println("第三步：黄豆和配料开始浸泡， 需要3小时 ");
}

/**
* 打碎
*/
void beat() {
System.out.println("第四步：黄豆和配料放到豆浆机去打碎  ");
}
}

【红豆豆浆】

java 复制代码 
package com.test.template;

/**
* 红豆豆浆
*/
public class RedBeanSoyaMilk extends SoyaMilk {

@Override
void addCondiments() {
System.out.println(" 加入上好的红豆 ");
}

}

【花生豆浆】

java 复制代码 
package com.test.template;

/**
* 花生豆浆
*/
public class PeanutSoyaMilk extends SoyaMilk {

@Override
void addCondiments() {
System.out.println(" 加入上好的花生 ");
}

}

【主类】

java 复制代码 
package com.test.template;

public class Client {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("----制作红豆豆浆----");
SoyaMilk redBeanSoyaMilk = new RedBeanSoyaMilk();
redBeanSoyaMilk.make();

System.out.println("----制作花生豆浆----");
SoyaMilk peanutSoyaMilk = new PeanutSoyaMilk();
peanutSoyaMilk.make();
}

}

【运行】

java 复制代码 
----制作红豆豆浆----
第一步：选择好的新鲜黄豆  
加入上好的红豆 
第三步：黄豆和配料开始浸泡， 需要3小时 
第四步：黄豆和配料放到豆浆机去打碎  
----制作花生豆浆----
第一步：选择好的新鲜黄豆  
加入上好的花生 
第三步：黄豆和配料开始浸泡， 需要3小时 
第四步：黄豆和配料放到豆浆机去打碎  

Process finished with exit code 0
模板方法模式的钩子方法

在模板方法模式的父类中，我们可以定义一个方法，它默认不做任何事，子类可以视情况要不要覆盖它，该方法称为"钩子"。

应用场景：希望可以制作纯豆浆，需要添加任何配料，使用钩子方法改造上面的程序

【豆浆抽象类】

java 复制代码 
package com.test.template.improve;

//抽象类，表示豆浆
public abstract class SoyaMilk {

/**
* 模板方法, make , 模板方法可以做成final , 不让子类去覆盖.
*/
final void make() {
select();
if(customerWantCondiments()) {
// 如果需要添加配料
addCondiments();
}
soak();
beat();
}

/**
* 选材料
*/
void select() {
System.out.println("第一步：选择好的新鲜黄豆  ");
}

/**
* 添加不同的配料， 抽象方法, 子类具体实现
*/
abstract void addCondiments();

/**
* 浸泡
*/
void soak() {
System.out.println("第三步：黄豆和配料开始浸泡， 需要3小时 ");
}

/**
* 打碎
*/
void beat() {
System.out.println("第四步：黄豆和配料放到豆浆机去打碎  ");
}

/**
* 钩子方法，决定是否需要添加配料
* @return
*/
boolean customerWantCondiments() {
return true;
}
}

【纯豆浆】

java 复制代码 
package com.test.template.improve;

/**
* 纯豆浆
*/
public class PureSoyaMilk extends SoyaMilk{

@Override
void addCondiments() {
//空实现
}

/**
* 如果需要自定义钩子函数，就重写这个方法，不需要就不用重写
* @return
*/
@Override
boolean customerWantCondiments() {
return false;
}

}

【主类】

java 复制代码 
package com.test.template.improve;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
System.out.println("----制作纯豆浆----");
SoyaMilk pureSoyaMilk = new PureSoyaMilk();
pureSoyaMilk.make();
}

}

【运行】

java 复制代码 
----制作纯豆浆----
第一步：选择好的新鲜黄豆  
第三步：黄豆和配料开始浸泡， 需要3小时 
第四步：黄豆和配料放到豆浆机去打碎  

Process finished with exit code 0

案例二

实现

【抽象类】

java 复制代码 
package com.test.template.Sample;

/**
* 抽象类AbstractDisplay
*/
public abstract class AbstractDisplay {
/**
* 交给子类去实现的抽象方法(1) open
*/
public abstract void open();

/**
* 交给子类去实现的抽象方法(2) print
*/
public abstract void print();

/**
* 交给子类去实现的抽象方法(3) close
*/
public abstract void close();

/**
* 本抽象类中实现的display方法，模板方法
*/
public final void display() {
// 首先打开...
open();
// 循环调用5次print
for (int i = 0; i < 5; i++) {
print();
}
// ...最后关闭。这就是display方法所实现的功能
close();
}
}

【子类：CharDisplay】

java 复制代码 
package com.test.template.Sample;

/**
* CharDisplay是AbstractDisplay的子类
*/
public class CharDisplay extends AbstractDisplay {
/**
* 需要显示的字符
*/
private char ch;

public CharDisplay(char ch) {
// 保存在字段中
this.ch = ch;
}

public void open() {
// 显示开始字符"<<"
System.out.print("<<");
}

public void print() {
// 显示保存在字段ch中的字符
System.out.print(ch);
}

public void close() {
// 显示结束字符">>"
System.out.println(">>");
}
}

【子类：StringDisplay】

java 复制代码 
package com.test.template.Sample;

/**
* StringDisplay也是AbstractDisplay的子类
*/
public class StringDisplay extends AbstractDisplay {
/**
* 需要显示的字符串
*/
private String string;
/**
* 以字节为单位计算出的字符串长度
*/
private int width;

public StringDisplay(String string) {
this.string = string;
// 将字符串的字节长度也保存在字段中，以供后面使用
this.width = string.getBytes().length;
}

public void open() {
// 调用该类的printLine方法画线
printLine();
}

public void print() {
// 给保存在字段中的字符串前后分别加上"|"并显示出来
System.out.println("|" + string + "|");
}

public void close() {
// 与open方法一样，调用printLine方法画线
printLine();
}

/**
* 被open和close方法调用。由于可见性是private，因此只能在本类中被调用
*/
private void printLine() {
// 显示表示方框的角的"+"
System.out.print("+");                
for (int i = 0; i < width; i++) {
// 显示width个"-",和"+"一起组成边框
System.out.print("-");                       
}
// 显示表示方框的角的"+"
System.out.println("+");                 
}
}

【主类】

java 复制代码 
package com.test.template.Sample;

public class Main {

public static void main(String[] args) {
// 生成一个持有'H'的CharDisplay类的实例 
AbstractDisplay d1 = new CharDisplay('H');
// 生成一个持有"Hello, world."的StringDisplay类的实例 
AbstractDisplay d2 = new StringDisplay("Hello, world.");
// 生成一个持有"你好，世界。"的StringDisplay类的实例 
AbstractDisplay d3 = new StringDisplay("你好，世界。");
/*
* 由于d1、d2和d3都是AbstractDisplay类的子类
* 可以调用继承的display方法
* 实际的程序行为取决于CharDisplay类和StringDisplay类的具体实现
*/
d1.display();
d2.display();
d3.display();
}

}

【运行】

java 复制代码 
<<HHHHH>>
+-------------+
|Hello, world.|
|Hello, world.|
|Hello, world.|
|Hello, world.|
|Hello, world.|
+-------------+
+------------------+
|你好，世界。|
|你好，世界。|
|你好，世界。|
|你好，世界。|
|你好，世界。|
+------------------+

Process finished with exit code 0

模板方法模式在IOC的源码分析

实现类有一个模板方法

另一个钩子方法

除此之外，java.io.InputStream类中也使用了Template Method

总结

【优点】

  • 既统一了算法，也提供了很大的灵活性。父类的模板方法确保了算法的结构保持不变，同时由子类提供部分步骤的实现
  • 实现了最大化代码复用。父类的模板方法和已实现的某些步骤会被子类继承而直接使用。如果模板方法有bug只需要修改一个类即可，不使用模板方法模式的话，就需要修改多个类的代码
  • 父类和子类具有一致性：在示例程序中，不论是CharDisplay的实例还是StringDisplay的实例，都是先保存在AbstractDisplay类型的变量中，然后再来调用display方法的。使用父类类型的变量保存子类实例的优点是，即使没有用instanceof等指定子类的种类程序也能正常工作。无论在父类类型的变量中保存哪个子类的实例，程序都可以正常工作，这种原则称为里氏替换原则

【不足】

  • 不足：每一个不同的实现都需要一个子类实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大
  • 一般模板方法都加上final关键字， 防止子类重写模板方法

思考

思考一

问：如果想要让示例程序中的open、print、close方法可以被具有继承关系的类和同一程序包中的类调用，但是不能被无关的其他类调用，应当怎么做呢?

答：使用protected关键字修饰这些方法，不要使用public。

【Java四种权限修饰符】

public protected (default) private
类本身 √ √ √ √
同一个包下的类 √ √ √ ×
不同包，但是我的子类 √ √ × ×
不同包非子类 √ × × ×

注：default不需要写出来，不写权限修饰符默认就是defaunt

思考二

问：Java中的接口与抽象类很相似。接口同样也是抽象方法的集合，但是在模板方法模式中，我们却无法使用接口来扮演AbstractClass 角色，请问这是为什么呢?

答：因为使用接口无法实现模板方法和其他的方法。

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