Java设计模式 —— 【行为型模式】模板方法模式（Template Method Pattern）详解

文章目录

引言
结构
案例实现
优缺点及注意事项

引言

在日常生活中，以炒包菜和炒菜心为例，每次我们炒菜的步骤是固定的，分为倒油、热油、倒蔬菜、倒调料品、翻炒等步骤。在炒包菜和炒菜心相同的步骤中，只有倒入蔬菜的种类和需要的调料品是不同的，其倒油，热油，翻炒的步骤都一样；放在程序中，就是相同功能重复开发。

在程序开发中，设计一个系统时知道了算法所需的关键步骤，而且确定了这些步骤的执行顺序，但某些步骤的具体实现还未知，或者说某些步骤的实现与具体的环境相关。这时我们就可以使用模版方法模式，将特定的方法以及实现顺序封装到模版中，而具体实现延迟到子类中。

定义：

模板方法模式是一种行为模式，它定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构，就可以重定义该算法的某些特定步骤。

结构

模板方法（Template Method）模式包含以下主要角色：

抽象类（Abstract Class）： 负责给出一个算法的轮廓和骨架，它由一个模板方法和若干个基本方法构成；
- 模板方法： 定义了算法的骨架，按某种顺序调用其包含的基本方法；
- 基本方法： 是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。基本方法又可以分为三种：
  - 抽象方法(Abstract Method) ： 一个抽象方法由抽象类声明、由其具体子类实现；
  - 具体方法(Concrete Method) ： 一个具体方法由一个抽象类或具体类声明并实现，其子类可以进行覆盖也可以直接继承；
  - 钩子方法(Hook Method) ： 在抽象类中已经实现，包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种。
    
    一般钩子方法是用于判断的逻辑方法，这类方法名一般为isXxx，返回值类型为boolean类型。
具体子类（Concrete Class）： 实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。

案例实现

炒菜的步骤是固定的，分为倒油、热油、倒蔬菜、倒调料品、翻炒等步骤。现通过模板方法模式来用代码模拟。

UML类图：

抽象类【模版】：

java 复制代码

public abstract class AbstractClass {
    public final void cookProcess() {
        //第一步：倒油
        this.pourOil();
        //第二步：热油
        this.heatOil();
        //第三步：倒蔬菜
        this.pourVegetable();
        //第四步：倒调味料
        this.pourSauce();
        //第五步：翻炒
        this.fry();
    }
    
    //第一步：倒油是一样的，所以直接实现
    public void pourOil() {
        System.out.println("倒油。。。");
    }
    
    //第二步：热油是一样的，所以直接实现
    public void heatOil() {
        System.out.println("热油。。。");
    }
    
    //第三步：倒蔬菜是不一样的（一个下包菜，一个是下菜心）
    public abstract void pourVegetable();
    
    //第四步：倒调味料是不一样
    public abstract void pourSauce();
    
    //第五步：翻炒是一样的，所以直接实现
    public void fry(){
        System.out.println("翻炒。。。");
    }
}

注意：为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。

具体子类【炒包菜，炒菜心】：

java 复制代码

//炒包菜
public class ConcreteClass_BaoCai extends AbstractClass{
    @Override
    public void pourVegetable() {
        System.out.println("包菜下锅。。。");
    }

    @Override
    public void pourSauce() {
        System.out.println("辣椒下锅。。。");
    }
}

//炒菜心
public class ConcreteClass_CaiXin extends AbstractClass{
    @Override
    public void pourVegetable() {
        System.out.println("菜心下锅。。。");
    }

    @Override
    public void pourSauce() {
        System.out.println("蒜蓉下锅。。。");
    }
}

测试：

java 复制代码

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //炒手撕包菜
        AbstractClass baoCai = new ConcreteClass_BaoCai();
        baoCai.cookProcess();
        System.out.println("================");
        //炒蒜蓉菜心
        AbstractClass caiXin = new ConcreteClass_CaiXin();
        caiXin.cookProcess();
    }
}

优缺点及注意事项

优点：

算法只存在于一个地方，也就是在父类中，容易修改

需要修改算法时，只要修改父类的模板方法或者已经实现的某些步骤，子类就会继承这些修改
提高代码复用性

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
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。
实现了反向控制

通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的具体实现扩展不同的行为，实现了反向控制，并符合"开闭原则"

缺点：

对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；
父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。

注意事项：

一般模板方法都加上final关键字，防止子类重写模板方法；
算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。

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