Java设计模式——模板方法模式

简介

定义

在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

生活实例

张明和李明去参加高考考试，考试的步骤都一样：先入场，等待监考老师分发试卷，开始考试答卷，交卷，离场，查分。步骤都是一样的，但是每一步的执行内容可能是不一样的，若李明和张明的两份答卷完全一样，有两种情况，两个人写的都是标准答案，或是作弊了。即使答案一样，李明也不会傻到把张明的名字也抄袭到答卷上。此时，高考的整个流程就是一个模板，每个高考考生都要按照这个模板来考试。至于考试的答题，自己发挥。

模板方法中的角色

1.      抽象模板角色

定义了一个或多个抽象操作，以便让子类实现。这些抽象操作叫做基本操作，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。

定义并实现了一个模版方法。这个模板方法一般是一个具体方法，它给出了一个顶级逻辑的骨架，而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中，推迟到子类实现。顶级逻辑也有可能调用一些具体方法。

2.      具体模板角色

实现父类所定义的一个或多个抽象方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。

每一个抽象模板角色都可以有任意多个具体模板角色与之对应，而每一个具体模板角色都可以给出这些抽象方法（也就是顶级逻辑的组成步骤）的不同实现，从而使得顶级逻辑的实现各不相同。

模板方法中的方法分类

1.      模板方法

一个模板方法是定义在抽象类中的，把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或一个总行为的方法。这个模板方法一般会在抽象类中定义，并由子类不加以修改地完全继承下来。

一个抽象类可以有任意多个模板方法，而不限于一个。每一个模板方法都可以调用任意多个具体方法。

2.      基本方法

基本方法又可以分为三类：抽象方法、具体方法和钩子方法。

抽象方法：一个抽象方法由抽象类声明，由具体子类实现。

具体方法：一个具体方法由抽象类声明并实现，而子类并不实现或置换。

钩子方法：一个钩子方法由抽象类声明并实现，而子类会加以扩展。通常抽象类给出的实现是一个空实现，作为方法的默认实现。

 

简单实现

代码

/** * 模版抽象类 * @author Goser    (mailto:[e-mail]) * @Since 2016年9月9日 */public abstract class Examine {/**模板方法，调用具体方法，组合成整个的高考流程*/    public void exam(){        entrance();        writeAnswer();        leave();        checkPoint();    }    /**     * 入场流程很严格，不允许有特例，不让子类修改，离场类似     */    public final void entrance(){        System.out.println("考生入场");    }       /**     * 作答情况因人而异，爱怎么答怎么答，子类自己去实现     */    public abstract void writeAnswer();       public final void leave(){        System.out.println("考生离场");    }       /**     * 分数总是要查的，提供一个默认的，想用默认的就用，不想用子类自己去覆写     */    public void checkPoint(){        System.out.println("考生查分");    }}

/** * 模版方法的具体实现子类 * @author Goser    (mailto:[e-mail]) * @Since 2016年9月9日 */public class LimingExam extends Examine{    private static final String NAME = "李明";    @Override    public void writeAnswer() {        System.out.println(NAME + "：厚积薄发，志在必得。");    }       @Override    public void checkPoint() {        System.out.println(NAME +"：666");    }}

public class ZhangmingExam  extends Examine{    private static final String NAME = "张明";    @Override    public void writeAnswer() {        System.out.println(NAME + "：全部选C是不是好一些。");    }       @Override    public void checkPoint() {        System.out.println(NAME +"：222");    }}

这样李明和张明就按照同样的流程完成了同样的事情，但是流程中的步骤内容是有差异的。

 

java中的模版方法模式

Java语言在很多地方使用过模板方法模式，下面看两个我们常用的两个。ArrayList是我们常用的，其声明为publicclass ArrayList<E> extends AbstractList<E>

继承了AbstractList，看AbstractList的部分源码：

public  abstract  class  AbstractList<E>  extends  AbstractCollection<E>  implements  List<E> {    public boolean add(E e) {        add(size(), e);        return true;    }    abstract public E get(int index);    public E set(int index, E element) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    public void add(int index, E element) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    public E remove(int index) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {        rangeCheckForAdd(index);        boolean modified = false;        for (E e : c) {            add(index++, e);            modified = true;        }        return modified;    }    //其他代码……}

在AbstractList的源码中get()方法声明为abstract，是需要子类自己去实现的，是一个抽象方法，而add()和remove()方法给出了实现，但是直接抛出了异常，它没有给出空实现，这样做也是为了提醒子类，可以不实现，因为可能用不到，但是用到的时候就需要覆写，否则会报错，这两个方法属于钩子方法。与多数的教材上说的给出空实现不同，在实际的项目中我们也可以借鉴这种做法，子类可以不用父类中的方法，但是用到就必须覆写。

继续往下看，AbstractList中的addAll()方法就是一个模板方法，其调用了rangeCheckForAdd()方法和add()方法。

我们使用的ArrayList和Vector类就是AbstractList模板方法抽象类的两个具体子类，其中各自都实现了get()方法，并覆写了add()和remove()等方法。

第二个例子是Servlet，在编写Servlet时，一般的声明像是这样：publicclass SampleServlet extendsHttpServlet。然后编辑工具可能就自动将需要我们实现的init()、doGet()、doPost()等方法实现了。HttpServlet类提供了一个service()方法，根据实际需求选择调用doXX()方法，在这里service()就是模板方法。

总结

模板方法模式优缺点

优点：

1.      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。

2.      提取了各个子类中的公共行为，将公共行为放在父类中，而通过其子类来实现不同的行为。

3.      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。

4.      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：

1.      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，系统会更加庞大，设计也会更加抽象。

适用场景

1.      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。

2.      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。

3.      需要通过子类来决定父类算法中的某个步骤是否执行，实现子类对父类的反向控制。