23种设计模式-行为型模式-模板方法

文章目录

简介
场景
解决
- 代码
- 关键优化点
总结

简介

模板方法是一种行为设计模式，它在超类中定义了一个算法的框架，允许子类在不修改结构的情况下重写算法的特定步骤。

场景

假如你正在开发一款分析文档的数据挖掘程序。用户需要向程序输入各种格式（PDF、DOC 或 CSV）的文档，程序会试图从这些文件中提取有意义的数据，再以统一的格式返回给用户。

程序的首个版本只支持 DOC 文件。下个版本，程序需要支持 CSV 文件。一个月后，程序又需要从 PDF 文件中抽取数据。

一段时间后，你发现这三个类中包含许多相似代码。尽管读取不同格式数据的代码完全不同，但数据处理和分析的代码却几乎完全一样。怎么在保持算法结构完整的情况下去除重复代码？这是第一个问题。

还有另一个与使用这些类的客户端代码相关的问题：客户端代码中包含许多条件语句，因为它要根据不同的文档类型选择合适的处理过程。如果所有处理数据的类都有相同的接口或基类，那你就可以去除客户端代码里的条件语句，转而使用多态机制来调用处理对象的方法。

解决

模板方法模式建议把算法分解为一系列步骤，然后将这些步骤改写为方法，最后在"模板方法"中依次调用这些方法。步骤可以是抽象的，也可以有一些默认的实现。为了能够使用算法，客户端需要自己提供子类，并且实现所有的抽象步骤。可能还需重写一些步骤（但这一步中不包括模板方法自身）。

让我们想想怎么在数据挖掘程序里运用这样的方案。我们可为三个解析算法创建一个基类，这个类定义了一个模板方法-mine方法，这个方法会在内部调用不同的文档处理步骤。

首先，我们将所有步骤声明为抽象类型，强制要求子类自行实现这些方法。在我们的例子里，子类已经实现了必须的方法，因此我们只需调整这些方法的名称，让他跟超类的方法匹配就行了。

现在，让我们看看怎么去除子类里的重复代码。对于不同的文件格式，打开和关闭文件以及读取解析数据的代码都不同，所以不需要修改这些方法。但分析原始数据和生成报告等其他步骤的实现方式非常相似，所以可以把他们提取到基类里，让子类共享这些代码。

所以我们有两种类型的步骤：

抽象步骤必须由各个子类来实现
可选步骤已经有一些默认实现，但你仍然可以在需要时进行重写
还有另一种名为钩子 hook 的步骤。钩子是内容为空的可选的步骤。即使子类不重写钩子，模板方法也能工作。钩子通常放置在算法重要步骤的前后，为子类提供额外的算法扩展点。

代码

java 复制代码

// 抽象类定义模板方法
abstract class DataMiner {
    // 模板方法（不可被覆盖）
    public final void processDocument() {  
        openDocument();
        extractRawData();
        parseData();           // 抽象步骤
        analyzeData();         // 通用实现
        generateReport();      // Hook方法
    }

    // 文档打开基础实现
    protected void openDocument() {  
        System.out.println("打开文档...");
    }
    
    // 数据抽取基础实现
    protected void extractRawData() {  
        System.out.println("抽取原始数据...");
    }
    
    // 解析算法必须子类实现
    protected abstract void parseData();  

    // 通用分析实现
    protected void analyzeData() {  
        System.out.println("执行数据聚类分析...");
    }
    
    /* 钩子方法（可选覆盖） */
    protected void generateReport() {  
        System.out.println("生成基础统计报表");
    }
}

// 具体子类实现
class PDFDataMiner extends DataMiner {
    @Override
    protected void parseData() {  // 实现特定解析逻辑
        System.out.println("解析PDF版式结构");
        System.out.println("提取PDF文本流");
    }
}

class CSVDataMiner extends DataMiner {
    @Override
    protected void parseData() {  
        System.out.println("识别CSV分隔符");
        System.out.println("映射CSV字段");
    }
    
    @Override
    protected void generateReport() {  // 自定义Hook实现
        super.generateReport();
        System.out.println("追加CSV格式验证结果");
    }
}

// 客户端调用示例
class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("处理PDF文档：");
        DataMiner pdfProcessor = new PDFDataMiner();
        pdfProcessor.processDocument();  // 执行完整流程

        System.out.println("\n处理CSV文档：");
        DataMiner csvProcessor = new CSVDataMiner();
        csvProcessor.processDocument();
    }
}

关键优化点

固定流程：不可重写的processDocument()确保流程一致
职责分离：各子类仅需实现格式相关解析逻辑
扩展能力：通过钩子方法实现可选扩展（如CSV格式验证）

总结

抽象类（AbstractClass）会声明算法步骤的方法（step1，step2...），以及依次调用它们的模板方法(templateMethod)。算法步骤可以被声明为抽象类型，也可以提供一些默认实现。
具体类（ConcreteClass）可以重写所有步骤，但不能重写模板方法自身。