模板方法模式

模板方法模式

模板方法设计模式是行为型设计模式中的一种，用在一个功能的完成需要经过一系列步骤，这些步骤是固定的，但是中间某些步骤具体行为是待定的，在不同的场景中行为不同，此时就可以考虑使用模板方法设计模式来完成，不同的场景对因不同的子类实现。

模板方法包含如下的角色：

抽象类/抽象模板（Abstract Class）：负责给出一个算法的轮廓，由一个模板方法和若干个基本方法构成

• 模板方法（该方法也正是模式的核心），定义算法的框架，按照某种顺序调用其中的基本方法。
• 基本方法，可以包含如下的几种类型
  • 抽象方法：由具体的子类实现，作为定制行为，因为是抽象方法所以子类必须实现。
  • 具体方法：在抽象类中已经提供了具体的实现，一般设置为private。
  • 钩子方法：在抽象类中已经提供了实现（一般是空实现），类似于抽象方法，但是并非强制子类实现，因为已经提供了默认实现。
• 具体子类/具体实现（Concrete Class）：必须实现抽象模板中的抽象方法，以及选择性的重载钩子方法。

抽象模板

// 抽象类
public abstract class AbstractClass {
    // 模板方法,提供公共的调用顺序，不允许子类override，所以设置为final
    public final void templateMethod() {
        specificMethod();
        abstractMethod1();
        abstractMethod2();
        hookMethod();
    }

    // 钩子方法，子类可根据实际情况选择是否要试下该方法
    public void hookMethod() {
    }
    
    // 具体方法，设置为private，避免子类override,并且不允许外部访问
    private void specificMethod() {
        System.out.println("抽象类中的具体方法被调用...");
    }
    
    // 抽象方法1
    public abstract void abstractMethod1();
    
    // 抽象方法2
    public abstract void abstractMethod2();

}

具体实现

public class ConcreteClass extends AbstractClass {
    public void abstractMethod1() {
        System.out.println("抽象方法1的实现被调用...");
    }

    public void abstractMethod2() {
        System.out.println("抽象方法2的实现被调用...");
    }

    @Override
    public void hookMethod() {
        System.out.println("钩子方法被调用...");
    }
}

客户端

public class TemplateMethodPattern {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass tm = new ConcreteClass();
        tm.templateMethod();
    }
}

运行

抽象类中的具体方法被调用...
抽象方法1的实现被调用...
抽象方法2的实现被调用...
钩子方法被调用...

Process finished with exit code 0

例子

分析：出国留学手续一般经过以下流程：索取学校资料，提出入学申请，办理因私出国护照、出境卡和公证，申请签证，体检、订机票、准备行装，抵达目标学校等，其中有些业务对各个学校是一样的，但有些业务因学校不同而不同，所以比较适合用模板方法模式来实现。

在本实例中，我们先定义一个出国留学的抽象类 StudyAbroad，里面包含了一个模板方法 TemplateMethod()，该方法中包含了办理出国留学手续流程中的各个基本方法，其中有些方法的处理由于各国都一样，所以在抽象类中就可以实现，但有些方法的处理各国是不同的，必须在其具体子类（如美国留学类 StudyInAmerica）中实现。如果再增加一个国家，只要增加一个子类就可以了

StudyAbroad->抽象类

// 抽象类: 出国留学
public abstract class StudyAbroad {
    // 模板方法，设置为final不允许子类override
    public final void TemplateMethod() {
        // 索取学校资料
        lookingForSchool();
        // 入学申请
        applyForEnrol();
        // 办理因私出国护照、出境卡和公证
        applyForPassport();
        // 申请签证
        applyForVisa();
        // 体检、订机票、准备行装
        readyGoAbroad();
        // 抵达
        arriving();
    }

    // 具体方法，对外不可见，设置为private
    private void applyForPassport() {
        System.out.println("三.办理因私出国护照、出境卡和公证：");
    }

    // 具体方法，对外不可见，设置为private
    private void applyForVisa() {
        System.out.println("四.申请签证：");
    }

    // 具体方法，对外不可见，设置为private
    private void readyGoAbroad() {
        System.out.println("五.体检、订机票、准备行装：");
    }

    // 索取学校资料
    public abstract void lookingForSchool();

    // 入学申请
    public abstract void applyForEnrol();

    // 抵达
    public abstract void arriving();
}

StudyInAmerica->美国留学具体实现类

// 具体子类: 美国留学
public class StudyInAmerica extends StudyAbroad {
    @Override
    public void lookingForSchool() {
        System.out.println("一.索取学校以下资料(美国留学)：");
    }

    @Override
    public void applyForEnrol() {
        System.out.println("二.入学申请(美国留学)：");
    }

    @Override
    public void arriving() {
        System.out.println("六.抵达目标学校(美国留学)：");
    }
}

StudyInVatican->梵蒂冈留学具体实现类

// 具体子类: 梵蒂冈留学
public class StudyInVatican extends StudyAbroad {
    @Override
    public void lookingForSchool() {
        System.out.println("一.索取学校以下资料(梵蒂冈)：");
    }

    @Override
    public void applyForEnrol() {
        System.out.println("二.入学申请(梵蒂冈)：");
    }

    @Override
    public void arriving() {
        System.out.println("六.抵达目标学校(梵蒂冈)：");
    }
}

客户端

public class StudyAbroadProcess {
    public static void main(String[] args) {
        StudyAbroad tm = new StudyInAmerica();
        tm.TemplateMethod();

        System.out.println();
        System.out.println();

        StudyAbroad tm1 = new StudyInVatican();
        tm1.TemplateMethod();
    }
}

测试

优点

• 它封装了不变部分，扩展可变部分。它把认为是不变部分的算法封装到父类中实现，而把可变部分算法由子类继承实现，便于子类继续扩展。
• 它在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
• 部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。

缺点

• 对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象。
• 父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。
• 继承关系自身缺点，如果父类添加新的抽象方法，所有子类都要改一遍。

策略模式和模板方法模式

• 策略模式和模版方法模式的共同点是都封装算法。
• 策略模式是定义算法家族，让他们之间可以相互替换，模版方法是针对一个算法流程，某个步骤的具体细节交给子类去实现。
• 策略模式可以改变算法流程，使一个个步骤可以相互替换，模版方法模式算法流程是固定的。
• 策略模式使用组合来实现，模版方法模式使用继承来实现

应用场景

• 算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。
• 当多个子类存在公共的行为时，可以将其提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。首先，要识别现有代码中的不同之处，并且将不同之处分离为新的操作。最后，用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。
• 当需要控制子类的扩展时，模板方法只在特定点调用钩子操作，这样就只允许在这些点进行扩展。