【Java设计模式】好奇递归模板模式（CRTP）：独特地利用多态性

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【Java设计模式】好奇递归模板模式（CRTP）：独特地利用多态性

【Java设计模式】好奇递归模板模式（CRTP）：独特地利用多态性

一、概述

在Java中，好奇递归模板模式（CRTP）是一种强大的设计模式，用于实现静态多态性。通过让一个类模板从其自身类的模板实例化中派生，CRTP能够实现方法重写和编译时的多态行为，提高Java应用程序的效率和性能。

二、好奇递归模板模式的别名

CRTP
Mixin Inheritance（混入继承）
Recursive Type Bound（递归类型边界）
Recursive Generic（递归泛型）
Static Polymorphism（静态多态性）

三、好奇递归模板模式的意图

好奇递归模板模式（CRTP）的意图是在Java中实现静态多态性。通过让一个类模板从其自身类的模板实例化中派生，CRTP能够实现方法重写和编译时的多态行为，增强Java应用程序的效率和性能。

四、好奇递归模板模式的详细解释及实际示例

实际示例 ：
- 考虑一个图书馆系统管理各种类型的媒体：书籍、DVD和杂志。每种媒体类型都有特定的属性和行为，但它们都共享一些共同的功能，如借阅和归还。通过在Java中应用好奇递归模板模式（CRTP），可以创建一个基本的模板类MediaItem，包含这些共同的方法。每个特定的媒体类型（如Book、DVD、Magazine）将使用自身作为模板参数从MediaItem继承。这种方法允许每个媒体类型有效地定制共享功能，避免了虚拟方法的开销。
通俗解释 ：
- Java中的CRTP确保类型中的某些方法能够接受特定于其子类型的参数，从而在编译时实现更高效和类型安全的多态行为。
维基百科解释 ：
- 好奇递归模板模式（CRTP）是一种最初在C++中使用的惯用法，其中一个类X从使用X本身作为模板参数的类模板实例化中派生。

五、Java中CRTP的编程示例

对于一个计划举办赛事的综合格斗推广活动，确保比赛在相同体重级别的运动员之间进行组织至关重要。这可以防止体重差异显著的选手之间的不匹配，例如重量级选手与雏量级选手对决。

首先，定义通用接口Fighter。

java 复制代码

public interface Fighter<T> {
    void fight(T t);
}

MMAFighter类用于实例化根据体重级别区分的选手。

java 复制代码

@Slf4j
@Data
public class MmaFighter<T extends MmaFighter<T>> implements Fighter<T> {
    private final String name;
    private final String surname;
    private final String nickName;
    private final String speciality;
    @Override
    public void fight(T opponent) {
        LOGGER.info("{} is going to fight against {}", this, opponent);
    }
}

以下是MmaFighter的一些子类型。

java 复制代码

class MmaBantamweightFighter extends MmaFighter<MmaBantamweightFighter> {
    public MmaBantamweightFighter(String name, String surname, String nickName, String speciality) {
        super(name, surname, nickName, speciality);
    }
}
public class MmaHeavyweightFighter extends MmaFighter<MmaHeavyweightFighter> {
    public MmaHeavyweightFighter(String name, String surname, String nickName, String speciality) {
        super(name, surname, nickName, speciality);
    }
}

选手只能与相同体重级别的对手进行比赛。如果对手的体重级别不同，则会引发错误。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    MmaBantamweightFighter fighter1 = new MmaBantamweightFighter("Joe", "Johnson", "The Geek", "Muay Thai");
    MmaBantamweightFighter fighter2 = new MmaBantamweightFighter("Ed", "Edwards", "The Problem Solver", "Judo");
    fighter1.fight(fighter2);
    MmaHeavyweightFighter fighter3 = new MmaHeavyweightFighter("Dave", "Davidson", "The Bug Smasher", "Kickboxing");
    MmaHeavyweightFighter fighter4 = new MmaHeavyweightFighter("Jack", "Jackson", "The Pragmatic", "Brazilian Jiu - Jiuitsu");
    fighter3.fight(fighter4);
}

程序输出：

08:42:34.048 [main] INFO crtp.MmaFighter -- MmaFighter(name=Joe, surname=Johnson, nickName=The Geek, speciality=Muay Thai) is going to fight against MmaFighter(name=Ed, surname=Edwards, nickName=The Problem Solver, speciality=Judo)
08:42:34.054 [main] INFO crtp.MmaFighter -- MmaFighter(name=Dave, surname=Davidson, nickName=The Bug Smasher, speciality=Kickboxing) is going to fight against MmaFighter(name=Jack, surname=Jackson, nickName=The Pragmatic, speciality=Brazilian Jiu - Jiuitsu)

六、何时在Java中使用好奇递归模板模式

当需要通过继承扩展类的功能，但出于效率原因更喜欢编译时多态性而不是运行时多态性时。
当想要避免虚拟函数的开销，但仍然实现多态行为时。
在模板元编程中，提供可以在编译时选择的函数或策略的实现。
在对象层次结构中链接方法时遇到类型冲突。
想要使用一个参数化的类方法，该方法可以接受类的子类作为参数，允许它应用于从该类继承的对象。
希望某些方法仅与相同类型的实例一起工作，例如实现相互可比性。

七、好奇递归模板模式在Java中的实际应用

在模板库中实现编译时多态接口。
在性能至关重要的库中增强代码重用，如数学计算、嵌入式系统和实时处理应用程序。
在各种Java库中实现Cloneable接口。

八、好奇递归模板模式的优点和权衡

优点：

消除了虚拟函数调用的开销，提高了性能。
安全地重用基类代码，而不会受到多重继承相关风险的影响。
在编译时多态性场景中具有更大的灵活性和可扩展性。

权衡：

由于模板和继承的相互作用，理解和调试的复杂性增加。
可能会导致代码膨胀，因为每个模板的实例化都会产生一个新的类。
与运行时多态性相比灵活性较低，因为行为必须完全在编译时确定。

九、源码下载

好奇递归模板模式示例代码下载

通过本文的介绍，相信大家对Java中的好奇递归模板模式有了更深入的了解。在实际开发中，合理运用该模式可以提高代码的性能和可扩展性，但需要注意其复杂性和潜在的代码膨胀问题。