行为模式1.模板方法模式

行为型模式

模板方法模式（Template Method Pattern）
命令模式（Command Pattern）
迭代器模式（Iterator Pattern）
观察者模式（Observer Pattern）
中介者模式（Mediator Pattern）
备忘录模式（Memento Pattern）
解释器模式（Interpreter Pattern）
状态模式（State Pattern）
策略模式（Strategy Pattern）
职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）
访问者模式（Visitor Pattern）

模板方法模式（Template Method Pattern） 是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，允许子类在不改变算法结构的情况下重定义该算法的某些步骤。通过这个模式，可以将不变的部分放在父类中，而将可变的部分留给子类去实现。模板方法模式通常涉及两个主要部分：抽象类 和具体子类。

主要角色

抽象类（Abstract Class）：
- 定义了算法的骨架，即模板方法。
- 其中包含一个或多个抽象方法，这些方法将在子类中实现。
- 还可以包含一些具体方法（即已实现的方法）。
具体类（Concrete Class）：
- 子类继承抽象类并实现其中的抽象方法，以完成算法中变动的部分。

模板方法模式的工作流程

父类定义一个"模板方法"，这个方法通常是一个完整的算法步骤，并且在其中调用了一些抽象方法和具体方法。
子类重写这些抽象方法来实现自己特定的行为，而算法的整体结构和流程由父类来控制。

模板方法模式的优点

代码复用：父类实现的固定步骤可以在多个子类中复用，减少了代码的重复性。
易于扩展：通过继承父类并实现不同的步骤，子类可以非常容易地进行功能扩展。
控制反转：父类控制着算法的流程，子类只需要关注具体的步骤，符合"控制反转"的设计思想。

模板方法模式的缺点

类的数量增多：由于模板方法模式需要抽象类和多个具体类，有时会导致类的数量增多，增加维护成本。
过度继承：如果父类设计不当，可能会导致不必要的继承关系，增加类的复杂性。

示例：制作饮料的过程

假设我们有一个饮料的制作过程。不同的饮料（比如咖啡和茶）有不同的步骤，但它们都有一些共同的步骤，比如煮水、倒入杯子等。使用模板方法模式，可以将共同的步骤放在父类中，而将不同的步骤（如制作咖啡或茶的方式）留给子类去实现。

// 饮料准备的抽象类
public abstract class Beverage {

    // 模板方法，定义了制作饮料的过程
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    // 共同步骤：煮水
    private void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    // 共同步骤：倒入杯子
    private void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }

    // 抽象方法，子类需要实现的步骤：冲泡饮料
    protected abstract void brew();

    // 抽象方法，子类需要实现的步骤：添加调料
    protected abstract void addCondiments();
}


// 具体子类：咖啡
public class Coffee extends Beverage {

    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Brewing coffee");
    }

    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding sugar and milk");
    }
}

// 具体子类：茶
public class Tea extends Beverage {

    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding lemon");
    }
}


public class TemplateMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡和茶的实例
        Beverage coffee = new Coffee();
        Beverage tea = new Tea();

        System.out.println("Making coffee:");
        coffee.prepareRecipe();  // 输出咖啡制作过程

        System.out.println("\nMaking tea:");
        tea.prepareRecipe();  // 输出茶制作过程
    }
}

代码解析

抽象类 Beverage：
- 定义了一个 prepareRecipe() 方法，这是整个算法的模板方法，它规定了制作饮料的流程。
- boilWater() 和 pourInCup() 是固定步骤，已经在父类中实现。
- brew() 和 addCondiments() 是抽象方法，留给子类去实现，具体取决于饮料的种类。
具体类 Coffee 和 Tea：
- Coffee 和 Tea 类分别实现了 brew() 和 addCondiments() 方法，定义了具体的制作步骤。
客户端代码 TemplateMethodDemo：
- 在客户端中，分别创建了 Coffee 和 Tea 的实例，调用 prepareRecipe() 方法来制作咖啡和茶。
- 无论是制作咖啡还是制作茶，共同的步骤（如煮水、倒入杯子）都是由父类 Beverage 中的实现完成的，而每种饮料的具体制作方法由各自的子类来完成。

模板方法模式的应用场景

多个子类有相同的算法，但某些步骤不同的场景：比如不同的饮料、餐饮、制作流程等。
框架设计：许多框架（如Spring框架）会提供一个模板方法，允许用户自定义具体的步骤。
工作流管理：在复杂的工作流中，可以定义一些固定步骤和可变步骤，使用模板方法来管理整个工作流的执行。

总结

模板方法模式通过定义一个固定的算法骨架，并将一些具体步骤延迟到子类中实现，提供了代码复用的同时也保留了灵活的扩展性。它能够让不同的子类在不修改父类的情况下，提供不同的行为实现。