23种设计模式-行为型模式之模板方法模式（Java版本）

Java 模板方法模式（Template Method Pattern）详解

🧠 什么是模板方法模式？

模板方法模式是一种行为型设计模式，定义了一个操作中的算法骨架，将一些步骤的实现延迟到子类中。通过模板方法模式，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。模板方法模式通常用于那些具有固定结构的操作，在不改变整体流程的前提下允许某些步骤的定制。

模板方法模式常用于处理那些需要按照一定流程进行的任务，但每个步骤的具体实现可能不同的场景。

🎯 使用场景

当一个算法的结构和步骤已经确定，但某些步骤的实现需要由子类来完成时。
当一个操作的各个部分的实现步骤是相似的，且这些步骤的顺序不可改变时。
当希望子类能够灵活地改变算法的某些部分，而不影响整体算法结构时。

🏗️ 模式结构

AbstractClass（抽象类）：定义一个模板方法，规定算法的骨架，且实现一些步骤的默认行为。具体步骤的实现由子类提供。
ConcreteClass（具体类）：实现模板方法中定义的某些步骤，可以覆盖抽象类中的默认实现。

✅ 示例：制作饮料的模板

抽象类（饮料）

java 复制代码

public abstract class Beverage {
    // 模板方法，定义了制作饮料的流程
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    // 基本步骤
    abstract void brew(); // 冲泡
    abstract void addCondiments(); // 添加配料

    // 固定步骤
    private void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

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

具体类（茶）

java 复制代码

public class Tea extends Beverage {

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

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

具体类（咖啡）

java 复制代码

public class Coffee extends Beverage {

    @Override
    void brew() {
        System.out.println("Dripping coffee through filter");
    }

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

客户端

java 复制代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage tea = new Tea();
        tea.prepareRecipe();
        
        System.out.println();

        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();
    }
}

输出

复制代码

Boiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding lemon

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

✅ 优点

代码复用：模板方法模式通过在抽象类中定义算法骨架，减少了重复的代码，提高了代码的复用性。
控制算法的执行顺序：模板方法控制了算法步骤的执行顺序，并且保证了步骤的一致性。
灵活的扩展性：通过子类可以重写某些步骤，允许灵活定制算法的某些部分，而不影响整体结构。

⚠️ 缺点

过度使用可能导致类的膨胀：模板方法模式的应用可能导致类数量增多，且子类之间的差异可能只是某些步骤的实现不同，导致类层次结构复杂。
子类无法改变算法的骨架：模板方法模式的结构较为固定，子类只能修改某些步骤的实现，而无法改变算法的骨架。
不适用于所有情况：如果子类的定制需求过于复杂，模板方法模式的灵活性可能不足。

🧩 使用建议

模板方法模式适用于需要对多个子类执行相同的操作流程，但每个子类的具体实现有所不同的场景。它可以帮助你避免代码重复，同时保持算法结构的一致性。

典型应用场景包括：

定义一个固定的工作流程，并允许子类在不改变结构的前提下定制某些步骤。
系统中存在多个类似的操作步骤，只是某些步骤的细节实现不同。

如果系统中的算法流程变动频繁或步骤较为复杂，可能需要考虑使用其他模式来增强灵活性。