java设计模式——模板方法模式(Template Method Pattern)

概述：

       模板方法模式是结构最简单的行为型设计模式，在其结构中只存在父类与子类之间的继承关系。通过使用模板方法模式，可以将一些复杂流程的实现步骤封装在一系列基本方法中，在抽象父类中提供一个称之为模板方法的方法来定义这些基本方法的执行次序，而通过其子类来覆盖某些步骤，从而使得相同的算法框架可以有不同的执行结果。模板方法模式提供了一个模板方法来定义算法框架，而某些具体步骤的实现可以在其子类中完成。

定义：

       定义一个操作中算法的框架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法模式使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

结构：

• AbstractClass（抽象类）：在抽象类中定义了一系列基本操作(PrimitiveOperations)，这些基本操作可以是具体的，也可以是抽象的，每一个基本操作对应算法的一个步骤，在其子类中可以重定义或实现这些步骤。同时，在抽象类中实现了一个模板方法(Template Method)，用于定义一个算法的框架，模板方法不仅可以调用在抽象类中实现的基本方法，也可以调用在抽象类的子类中实现的基本方法，还可以调用其他对象中的方法。
• ConcreteClass（具体子类）：它是抽象类的子类，用于实现在父类中声明的抽象基本操作以完成子类特定算法的步骤，也可以覆盖在父类中已经实现的具体基本操作。

UML图：

场景：比如我们出去旅游的时候，去到某一个游乐场，首先是不是得先进去，然后在里边拍照、坐过山车，最后玩够了就出来了。这个过程中进入游乐园和退出游乐园是固定的，拍照和坐过山车根据每个游客的喜好执行，那么我们这里可以用模板方法模式实现以下效果。

代码分析：

/**
 * Created by **
 * 定义游客抽象类
 */
public abstract class TouristTemplate {
    /**
     * 入场
     */
    protected abstract void admission();

    /**
     * 拍照
     */
    protected abstract void photograph();

    /**
     * 坐过山车
     */
    protected abstract void rollerCoaster();

    /**
     * 退出游乐场
     */
    protected abstract void exit();

    /**
     * 去游乐场
     */
    public final void toPlayground(){
        //先入场
       this.admission();
        //拍几张照片
       this.photograph();
        // 犹豫是否做过山车
       if (this.isRollerCoaster()){
            this.rollerCoaster();
        }
        //玩够了，离开
       this.exit();

    }

    /**
     * 钩子方法：默认是要去坐过山车的
     * @return
     */
    protected boolean isRollerCoaster(){
        return true;
    }
}

/**
 * Created by **
 * 定义具体的游客：小明
 */
public class XiaoMing extends TouristTemplate {
    // 是否坐过山车
    private boolean isRollerCoaster = true;
    @Override
    protected void admission() {
        LogFactory.log("从检票口进入游乐场");
    }

    @Override
    protected void photograph() {
        LogFactory.log("拍两张帅气的照片");
    }

    @Override
    protected void rollerCoaster() {
        LogFactory.log("来这里就是为了找刺激的，必须坐过山车啊！！");
    }

    @Override
    protected void exit() {
        LogFactory.log("朕累了，不玩了，回家");
    }

    @Override
    protected boolean isRollerCoaster() {
        return this.isRollerCoaster;
    }

    /**
     * 设置是否要坐过山车
     * @param isRollerCoaster
     */
    public void setRollerCoaster(boolean isRollerCoaster){
        this.isRollerCoaster = isRollerCoaster;
    }
}

客户端：

XiaoMing xiaoMing = new XiaoMing();
xiaoMing.toPlayground();

log输出：

08-26 14:51:09.525 10266-10266/? D/test: 从检票口进入游乐场

08-26 14:51:09.525 10266-10266/? D/test: 拍两张帅气的照片

08-26 14:51:09.525 10266-10266/? D/test: 来这里就是为了找刺激的，必须坐过山车啊！！

08-26 14:51:09.525 10266-10266/? D/test: 朕累了，不玩了，回家

另外，可以由客户端去控制要不要执行坐过山车的方法：

XiaoMing xiaoMing = new XiaoMing();
//小明看到过山车上面的人一片哀嚎，为了保住自己的小命，决定怂一波，不做过山车了
xiaoMing.setRollerCoaster(false);
xiaoMing.toPlayground();

log输出：

08-26 14:54:58.415 11016-11016/? D/test: 从检票口进入游乐场

08-26 14:54:58.415 11016-11016/? D/test: 拍两张帅气的照片

08-26 14:54:58.415 11016-11016/? D/test: 朕累了，不玩了，回家

上述代码用到了钩子方法，下面介绍一下钩子方法定义：

       钩子方法：一个钩子方法由一个抽象类或具体类声明并实现，而其子类可能会加以扩展。通常在父类中给出的实现是一个空实现，并以该空实现作为方法的默认实现，当然钩子方法也可以提供一个非空的默认实现。

优点：

• 在父类中形式化地定义一个算法，而由它的子类来实现细节的处理，在子类实现详细的处理算法时并不会改变算法中步骤的执行次序。
• 模板方法模式是一种代码复用技术，它在类库设计中尤为重要，它提取了类库中的公共行为，将公共行为放在父类中，而通过其子类来实现不同的行为，它鼓励我们恰当使用继承来实现代码复用。
• 可实现一种反向控制结构，通过子类覆盖父类的钩子方法来决定某一特定步骤是否需要执行。
• 在模板方法模式中可以通过子类来覆盖父类的基本方法，不同的子类可以提供基本方法的不同实现，更换和增加新的子类很方便，符合单一职责原则和开闭原则。

缺点:

• 需要为每一个基本方法的不同实现提供一个子类，如果父类中可变的基本方法太多，将会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，此时，可结合桥接模式来进行设计。

适用场景：

• 模板方法模式是基于继承的代码复用技术，它体现了面向对象的诸多重要思想，是一种使用较为频繁的模式。模板方法模式广泛应用于框架设计中，以确保通过父类来控制处理流程的逻辑顺序（如框架的初始化，测试流程的设置等）。
• 对一些复杂的算法进行分割，将其算法中固定不变的部分设计为模板方法和父类具体方法，而一些可以改变的细节由其子类来实现。即：一次性实现一个算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。
• 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。
• 需要通过子类来决定父类算法中某个步骤是否执行，实现子类对父类的反向控制。