模板模式

在模板模式（Template Pattern）中，一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。这种类型的设计模式属于行为型模式。

介绍

意图

在父类中定义了算法的骨架，并允许子类在不改变算法结构的前提下重定义算法的某些特定步骤。

主要解决的问题

  • 解决在多个子类中重复实现相同的方法的问题，通过将通用方法抽象到父类中来避免代码重复。

使用场景

  • 当存在一些通用的方法，可以在多个子类中共用时。

实现方式

  • 定义抽象父类：包含模板方法和一些抽象方法或具体方法。
  • 实现子类：继承抽象父类并实现抽象方法，不改变算法结构。

关键代码

  • 模板方法：在抽象父类中定义，调用抽象方法和具体方法。
  • 抽象方法：由子类实现，代表算法的可变部分。
  • 具体方法：在抽象父类中实现，代表算法的不变部分。

应用实例

  • 建筑流程：地基、走线、水管等步骤相同，后期建筑如加壁橱、栅栏等步骤不同。
  • 西游记的81难：菩萨定好的81难代表一个顶层逻辑骨架。
  • Spring对Hibernate的支持：封装了如开启事务、获取Session、关闭Session等通用方法。

优点

  • 封装不变部分：算法的不变部分被封装在父类中。
  • 扩展可变部分：子类可以扩展或修改算法的可变部分。
  • 提取公共代码：减少代码重复，便于维护。

缺点

  • 类数目增加：每个不同的实现都需要一个子类，可能导致系统庞大。

使用建议

  • 当有多个子类共有的方法且逻辑相同时，考虑使用模板方法模式。
  • 对于重要或复杂的方法，可以考虑作为模板方法定义在父类中。

注意事项

  • 为了防止恶意修改，模板方法通常使用final关键字修饰，避免被子类重写。

包含的几个主要角色

  • 抽象父类（Abstract Class）：

    • 定义了模板方法和一些抽象方法或具体方法。

  • 具体子类（Concrete Classes）：

    • 继承自抽象父类，并实现抽象方法。

  • 钩子方法（Hook Method）（可选）：

    • 在抽象父类中定义，可以被子类重写，以影响模板方法的行为。

  • 客户端（Client）（可选）：

    • 使用抽象父类和具体子类，无需关心模板方法的细节。

实现

我们将创建一个定义操作的 Game 抽象类，其中，模板方法设置为 final，这样它就不会被重写。Cricket 和 Football 是扩展了 Game 的实体类，它们重写了抽象类的方法。

TemplatePatternDemo，我们的演示类使用 Game 来演示模板模式的用法。

模板模式的 UML 图

步骤 1

创建一个抽象类，它的模板方法被设置为 final。

Game.java

public abstract class Game { abstract void initialize(); abstract void startPlay(); abstract void endPlay(); //模板 public final void play(){ //初始化游戏 initialize(); //开始游戏 startPlay(); //结束游戏 endPlay(); } }

步骤 2

创建扩展了上述类的实体类。

Cricket.java

public class Cricket extends Game { @Override void endPlay() { System.out.println("Cricket Game Finished!"); } @Override void initialize() { System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing."); } @Override void startPlay() { System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!"); } }

Football.java

public class Football extends Game { @Override void endPlay() { System.out.println("Football Game Finished!"); } @Override void initialize() { System.out.println("Football Game Initialized! Start playing."); } @Override void startPlay() { System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!"); } }

步骤 3

使用 Game 的模板方法 play() 来演示游戏的定义方式。

TemplatePatternDemo.java

public class TemplatePatternDemo { public static void main(String[] args) { Game game = new Cricket(); game.play(); System.out.println(); game = new Football(); game.play(); } }

步骤 4

执行程序，输出结果：

Cricket Game Initialized! Start playing.
Cricket Game Started. Enjoy the game!
Cricket Game Finished!

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!