【设计模式】7. 模板方法模式 -封装算法

来源：互联网发布：手机酷狗链接不到网络编辑：程序博客网时间：2024/05/16 02:08

引子

例如有两个处理逻辑：泡茶、冲咖啡；

他们的基本流程（算法）是相同的：煮开水、冲泡、倒进杯子、加入调料。只不过具体到个别步骤可能有差异。

如果分成两个类来实现，就会存在重复代码。

——可以将公共的部分（算法）提到父类中；由各个子类实现每个具体步骤。

定义

Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses.

Template Method lets subclasses redefine certain steps of an algorithm without changing the algorithm's structure.

模板方法模式在一个方法中定义算法的框架，而将一些算法步骤延迟到子类中定义。使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法的某些步骤。——即，封装算法

类图

public abstract class AbstractClass {    //template method ----final    final void templateMethod() {        primitiveOperation1();        primitiveOperation2();        concreteOperation();        hook();        if( hook2() ){ //钩子可影响算法行为        }    }    protected abstract void primitiveOperation1();    protected abstract void primitiveOperation2();    final void concreteOperation() { ...... }    //父类中可以有“默认不做事的方法”；子类可以视情况决定要不要覆盖它    void hook() { }//empty method    boolean hook2() { return true; } }

为防止子类改变模板方法中的算法，模板方法一般都为final
算法中的必需步骤，用abstract；算法中的可选步骤，用hook
好莱坞原则：在设计模板方法模式时，我们（高层组件）告诉子类（低层组件）“不要调用我们，我们会调用你”

优点

封装不变部分，扩展可变部分
提取公共部分代码，方便维护
行为由父类控制，子类实现

缺点

子类执行的结果会影响父类的结果，子类影响父类

使用场景

多个子类有公用方法，并且逻辑基本相同时
重要的、复杂的算法，可以把核心算法设计为模板方法，周边的相关细节功能由子类实现
可用钩子约束算法行为——使用钩子可作为条件控制，影响抽象类中的算法流程

JDK中的模板方法

Array.sort()

// Arrays   public static void sort(Object[] a) {            ...            ComparableTimSort.sort(a);    }// ComparableTimSort   static void sort(Object[] a, int lo, int hi) {        ...            binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen);              }    //算法框架    private static void binarySort(Object[] a, int lo, int hi, int start) {        assert lo <= start && start <= hi;        if (start == lo)            start++;        for ( ; start < hi; start++) {            @SuppressWarnings("unchecked")            Comparable<Object> pivot = (Comparable) a[start];            // Set left (and right) to the index where a[start] (pivot) belongs            ....            while (left < right) {                int mid = (left + right) >>> 1;                if (pivot.compareTo(a[mid]) < 0) //compareTo这个算法步骤，是由各个Comparable的子类定义的                    right = mid;                else                    left = mid + 1;            }            ....        }    }

Q：这个算法框架并不是设计在父类中，而是在一个工具类中

A：是的，与教科书上模板方法的定义有差异；因为sort要适用于所有数组，所以提供了一个Arrays工具类。但仍然是模板方法模式

InputStream.read()

 //算法框架 public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {        ...        int c = read();                ...}//算法步骤由子类实现public abstract int read() throws IOException;

JFrame.paint()

// JFrame    public void update(Graphics g) {        paint(g);    }

public class MyFrame extends JFrame {public MyFrame(){super();this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);this.setSize(300,300);this.setVisible(true);}@Overridepublic void paint(Graphics g){ //重定义算法步骤super.paint(g);g.drawString("I rule !", 100, 100);}public static void main(String[] args){MyFrame frame = new MyFrame();}}

Applet.init()/start()/stop()/destroy()/paint()

// Applet    public void init() { //什么也不做的hook    }

// Beans   public static Object instantiate(ClassLoader cls, String beanName,                     BeanContext beanContext, AppletInitializer initializer)                        throws IOException, ClassNotFoundException {                        // If it was deserialized then it was already init-ed.                // Otherwise we need to initialize it.                if (!serialized) {                    // We need to set a reasonable initial size, as many                    // applets are unhappy if they are started without                    // having been explicitly sized.                    applet.setSize(100,100);                    applet.init(); //调用hook                }                        }        return result;    }

Applet中的init()/start()/stop()/destroy()/paint()这些方法，都是hook。