模板方法模式

2021-09-08

一、概述

模板方法模式中将实现功能的每一个步骤所对应的方法称为基本方法，调用这些基本方法同时定义基本方法的执行次序的方法称为模板方法。在模板方法模式中，可以将相同的代码放在父类中，而对于基本方法在父类中只做一个声明，将其具体实现放在不同的子类中。

模板方法模式的定义为：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。

模板方法模式是一种基于继承的代码复用技术，它是一种类行为型模式。

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。

结构为：

二、代码设计

模板方法模式包含抽象类(AbstractClass)以及具体子类(ConcreteClass)。

抽象类的典型代码如下：

public abstract class AbstractClass {
  //模板方法
  public void TemplateMethod() {
    PrimitiveOperation1();
    PrimitiveOperation2();
    PrimitiveOperation3();
  }
  //基本方法-具体方法
  public void PrimitiveOperation1() {
    //实现代码
  }
  //基本方法-抽象方法
  public abstract void PrimitiveOperation2();
  //基本方法-钩子方法
  public void PrimitiveOperation3() {}
}

具体子类的典型代码如下：

public class ConcreteClass extends AbstractClass {
  @Override
  public void PrimitiveOperation2() {
    //实现代码
  }
  
  @Override
  public void PrimitiveOperation3() {
    //实现代码
  }
}

钩子方法的引入使得子类可以控制父类的行为，最简单的钩子方法就是空方法，也可以在钩子方法中定义一个默认的实现，如果子类不覆盖钩子方法，则执行副类的默认实现代码。

三、demo

读取某格式的文件，如果数据格式不合理需进行数据转换。

抽象类AbstractClass设计如下：

public abstract class HookDemo {

  public abstract void getData();

  public void convertData() {
    System.out.println("通用的数据转换操作");
  }

  public abstract void displayData();

  public void process() {
    getData();
    if (isValid())
      convertData();
    displayData();
  }

  public boolean isValid() {
    return true;
  }

}

具体子类ConcreteClass设计如下：

public class SubHookDemo extends HookDemo{
  @Override
  public void getData() {
    System.out.println("从XML中读取文件");
  }

  @Override
  public void displayData() {
    System.out.println("以柱状图显示");
  }

  public boolean isValid() {
    return false;
  }
}

客户端调用方法如下：

public static void main(String args[]) {
  HookDemo hd;

  hd = new SubHookDemo();
  hd.process();
}

代码执行结构如下：

子类中isValid判断为false，因此不执行父类中convertData方法。

四、总结

1. 优点

在父类中形式化地定义一个算法，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。

2. 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。

3. 适用场景

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。