模板方法设计模式是一种行为型设计模式,它定义了一个算法的骨架,但将某些步骤的具体实现延迟到子类中。这样可以在不改变算法整体结构的前提下,允许子类重新定义某些步骤。这种模式的核心是"封装不变部分,扩展可变部分",适用于需要复用算法框架的场景。
核心思想
- 抽象类(Abstract Class) :定义算法的骨架,包含一个或多个模板方法(通常用
final
修饰,防止子类覆盖)。模板方法调用一系列抽象方法或钩子方法(hook methods)。 - 具体子类(Concrete Class):继承抽象类,并实现抽象方法或覆盖钩子方法,以提供特定步骤的行为。
- 关键特性 :
- 模板方法控制算法流程。
- 抽象方法强制子类实现必要步骤。
- 钩子方法提供可选扩展点(默认实现可为空)。
Java实现示例
以下是一个简单的Java代码示例,演示模板方法模式:我们模拟一个"数据处理"算法,其中数据加载和保存步骤由子类自定义。
java
// 抽象类定义算法骨架
abstract class DataProcessor {
// 模板方法(final防止覆盖)
public final void processData() {
loadData();
process();
saveData();
}
// 抽象方法:必须由子类实现
protected abstract void loadData();
protected abstract void saveData();
// 钩子方法:默认实现,子类可选覆盖
protected void process() {
System.out.println("处理数据中...");
}
}
// 具体子类1:文件数据处理
class FileDataProcessor extends DataProcessor {
protected void loadData() {
System.out.println("从文件加载数据");
}
protected void saveData() {
System.out.println("保存数据到文件");
}
}
// 具体子类2:数据库数据处理
class DatabaseDataProcessor extends DataProcessor {
protected void loadData() {
System.out.println("从数据库加载数据");
}
protected void saveData() {
System.out.println("保存数据到数据库");
}
// 覆盖钩子方法,添加自定义处理
protected void process() {
System.out.println("执行数据库优化处理");
}
}
// 客户端代码示例
public class Main {
public static void main(String[] args) {
DataProcessor fileProcessor = new FileDataProcessor();
fileProcessor.processData(); // 输出:从文件加载数据、处理数据中...、保存数据到文件
DataProcessor dbProcessor = new DatabaseDataProcessor();
dbProcessor.processData(); // 输出:从数据库加载数据、执行数据库优化处理、保存数据到数据库
}
}
优点
- 代码复用:算法骨架在抽象类中定义,避免重复代码。
- 灵活性:子类可轻松扩展或修改特定步骤,而不影响整体流程。
- 控制反转:抽象类控制算法流程,子类只负责实现细节。
- 易于维护:修改算法结构时,只需调整抽象类,不影响子类。
缺点
- 子类依赖:每个新行为都需要创建子类,可能导致类数量膨胀。
- 限制性:模板方法固定了算法步骤,如果需求变化大,可能不够灵活。
- 复杂度:过度使用钩子方法会使代码难以理解。
应用场景
- 框架开发:如Spring框架中的
JdbcTemplate
,模板方法处理数据库连接和事务,子类实现SQL执行。 - 算法标准化:在游戏开发中,定义游戏循环(加载、更新、渲染),子类实现具体逻辑。
- 工作流引擎:如审批流程,抽象类定义步骤(提交、审核、完成),子类处理业务细节。
- 测试框架:JUnit的
TestCase
类使用模板方法定义测试生命周期(setup、test、teardown)。
在实际开发中,确保模板方法简洁,避免过度抽象。优先使用钩子方法提供扩展点,而非强制所有子类实现多余步骤。