设计模式-模板方法实现

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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，而将某些步骤的实现延迟到子类中。通过这种方式，模板方法模式可以让子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤

模式结构

模板方法模式的结构包括以下几个关键部分：

抽象类（Abstract Class）：定义算法的骨架，并包含一个或多个抽象方法，留给子类实现
具体子类（Concrete Class）：实现抽象类中的抽象方法，完成具体的算法步骤
模板方法（Template Method）：在抽象类中定义的具体方法，按照一定的步骤调用抽象方法，确保算法的整体结构

模式特点

封装不变部分，扩展可变部分：算法的骨架固定在抽象类中，具体实现细节由子类完成
遵循开闭原则：新增功能时，只需扩展子类，而不需要修改抽象类
减少代码重复：公共逻辑封装在抽象类中，避免子类重复实现

示例代码

以下是一个使用模板方法模式的示例：制作饮品的过程

java 复制代码

// 抽象类：饮品制作流程
abstract class Beverage {
    // 模板方法：定义饮品制作的算法骨架
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }

    // 公共步骤，所有饮品都需要
    private void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water.");
    }

    private void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup.");
    }

    // 抽象步骤，由子类实现
    protected abstract void brew();
    protected abstract void addCondiments();

    // 钩子方法：提供默认实现，子类可选择覆盖
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

// 具体类：制作茶
class Tea extends Beverage {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea.");
    }

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

// 具体类：制作咖啡
class Coffee extends Beverage {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Dripping coffee through filter.");
    }

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

// 测试代码
public class TemplateMethodExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Making tea:");
        Beverage tea = new Tea();
        tea.prepareRecipe();

        System.out.println("\nMaking coffee:");
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();
    }
}

输出结果

java 复制代码

Making tea:
Boiling water.
Steeping the tea.
Pouring into cup.
Adding lemon.

Making coffee:
Boiling water.
Dripping coffee through filter.
Pouring into cup.
Adding sugar and milk.

关键点解析

模板方法的作用 ：
- prepareRecipe() 是模板方法，定义了制作饮品的固定流程。
- 子类通过实现 brew() 和 addCondiments() 方法，提供具体的制作细节。
钩子方法的灵活性 ：
- 钩子方法 customerWantsCondiments() 提供了默认实现，子类可以选择性地覆盖它来改变行为。
防止子类修改流程 ：
- 模板方法通常使用 final 修饰，防止子类改变算法骨架。

模式的优缺点

优点：

代码复用：将通用代码封装在抽象类中，减少重复代码。
灵活扩展：子类可以通过实现或重写方法定制具体行为。
清晰的流程控制：模板方法明确了算法的步骤和执行顺序。

缺点：

类的数量增加：每个具体实现都需要定义一个子类，可能导致类的数量增多。
继承的限制：模板方法模式依赖继承，可能降低灵活性，子类之间存在强耦合。

使用场景

模板方法模式适用于以下场景：

具有固定流程的操作：算法的步骤固定，但某些步骤的实现可能变化。
复用公共逻辑：多个子类有相同的操作步骤，可以抽取到抽象类中。
需要灵活扩展的流程：通过钩子方法和抽象方法，子类可以灵活定制行为。

总结

模板方法模式通过将算法的骨架固定在抽象类中，确保了流程的稳定性，同时允许子类定制具体实现，达到了复用与扩展的平衡。它是一种经典的设计模式，广泛应用于框架设计、业务流程管理等场景中。