初识设计模式 - 模板方法模式

简介

在模板方法设计模式（Template Method Design Pattern）中比较重要的两个概念是 基本方法 和 模板方法。

实现具体逻辑步骤的方法可以称之为基本方法，而把基本方法汇总起来形成一个总算法或总行为的方法称之为模板方法。

基本方法包括以下几种类型：

• 具体方法：在抽象类中声明，由具体子类实现
• 抽象方法：在抽象类中已经实现，在具体子类中可以继承或重写
• 钩子方法：在抽象类中已经实现，包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种

典型实现

在模板方法模式中，最重要的就是定义好一个抽象类，并在其中归纳总结出一个模板方法。一般而言，其代码结构示例如下：

public abstract class AbstractClass {
    // 模板方法
    public void templateMethod() {
        // 一般来说，主要是如何执行基本方法
        concreteMethod();
        abstractMethod();
        hookMethod();
    }

    // 基本方法 - 具体方法
    public void concreteMethod() {
        // 实现代码
    }

    // 基本方法 - 抽象方法
    public abstract void abstractMethod();

    // 基本方法 - 钩子方法
    public void hookMethod() {
        // 实现代码
    }
}

然后，需要定义一个继承自抽象类的具体子类，并根据业务重写相应基本方法，其代码示例如下：

public class ConcreteClass extends AbstractClass {
    // 基本方法 - 抽象方法
    @Override
    public void abstractMethod() {
        // 实现代码
    }

    // 基本方法 - 钩子方法
    @Override
    public void hookMethod() {
        // 实现代码
    }
}

总结

优点

模板方法模式的主要优点如下：

• 封装了不变部分，扩展了可变部分
• 在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用
• 通过子类覆盖父类的钩子方法可以实现一种反向控制结构
• 部分方法是由子类实现，不同的子类可以提供基本方法的不同实现，更改和增加新的子类很方便，符合开闭原则

缺点

模板方法模式的主要缺点如下：

• 每个不同的实现都要增加一个子类，这会导致类的个数增加，设计更加抽象，系统更加复杂
• 由于继承关系自身的缺点，如果父类添加新的抽象方法时，所有子类都要改一遍

适用场景

模板方法模式的适用场景如下：

• 将不变的行为提取到父类中实现，将可变的行为留给子类实现
• 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

源码

在 JDK 中，java.util.List 接口的 sort() 方法就是一个模板方法，其使用到部分基本方法，定义了一个排序的默认行为。

如下是源码部分：

public interface List<E> extends Collection<E> {
    Object[] toArray();

    ListIterator<E> listIterator();

    // 一个默认方法，其中用到了 toArray() 和 listIterator() 这样的抽象方法
    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }
}

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