java设计模式——TemplateMethod模式

Posted 2022-08-12 createchance

模式定义

所谓模板方法模式就是带有模板功能的模式，组成模板的的方法定义在的父类中。父类是一个抽象类，提供基本的抽象方法，并且提供一个子类不可复写的方法使用一定的算法包装需要子类实现的抽象方法。通过查看父类的代码，我们只能知道某个功能的基本实现算法，不能知道关键步骤（也就是抽象方法）的是实现，唯一能知道的就是父类是怎么调用这些方法的。

实际的例子

我们需要实现两种形式的字符显示，第一种是直接显示字符，第二种是显示字符串，显示的方式是首先打开可以显示的对象，然后将显示内容循环显示5遍，最后关闭显示对象。
使用模版方法设计这个过程，我们需要下面的几个类：

1. AbstractDisplay
2. CharDisplay
3. StringDisplay
4. Main
   AbstractDisplay这个类定义了display方法，而且在该方法中依次调用了open，print，close这3个方法。虽然这个三个方法在AbstractDisplay中申明了，但是只是没有实现的抽象方法。这里，调用抽象方法的display就是模板方法。
   而实际上实现了open，print，close这三个抽象方法的就是CharDisplay、StringDisplay这两个类，Main类是用于测试客户端类。
   这几个类之间的关系如下类图：
   
   下面我们直接看下源代码。

AbstractDisplay

/*************************************************************************
    > File Name: AbstractDisplay.java
    > Author: CreateChance
    > Mail: [e-mail] 
    > Created Time: Mon Mar 12 11:44:15 2018
 ************************************************************************/
public abstract class AbstractDisplay 
    protected abstract void open();
    protected abstract void print();
    protected abstract void close();

    /**
     * 此方法为final的目的就是防止子类重写实现算法，
     * 这个算法应该是模板中定义好的，然后子类负责实现具体的步骤代码就好
     */
    public final void display() 
        open();

        for (int i = 0; i < 5; i++) 
            print();
        

        close();
    

CharDisplay

/*************************************************************************
    > File Name: CharDisplay.java
    > Author: CreateChance
    > Mail: [e-mail] 
    > Created Time: Mon Mar 12 11:46:13 2018
 ************************************************************************/
public class CharDisplay extends AbstractDisplay 
    private char ch;

    public CharDisplay(char ch) 
        this.ch = ch;
    

    @Override
    protected final void open() 
        System.out.println("Char display opened!");
    

    @Override 
    protected final void print() 
        System.out.println("char: " + ch);
    

    @Override
    protected final void close() 
        System.out.println("Char display closed!");
    

StringDisplay

/*************************************************************************
    > File Name: StringDisplay.java
    > Author: CreateChance
    > Mail: [e-mail] 
    > Created Time: Mon Mar 12 11:49:52 2018
 ************************************************************************/
public class StringDisplay extends AbstractDisplay 
    private String str;

    public StringDisplay(String str) 
        this.str = str;
    

    @Override
    protected final void open() 
        System.out.println("String display opened!");
    

    @Override
    protected final void print() 
        System.out.println("String: " + str);
    

    @Override 
    protected final void close() 
        System.out.println("String display closed!");
    

Main

/*************************************************************************
    > File Name: Main.java
    > Author: CreateChance
    > Mail: [e-mail] 
    > Created Time: Mon Mar 12 11:52:05 2018
 ************************************************************************/
public class Main 
    public static void main(String argvs[]) 
        /**
         * 使用父类抽象类来访问实际的实现类，面向抽象和接口编程
         * 符合里氏代换原则
         */
        AbstractDisplay d1 = new CharDisplay('a');
        AbstractDisplay d2 = new StringDisplay("hello");

        d1.display();
        System.out.println();
        d2.display();
    

模式角色

模版方法模式的涉及的角色有：

AbstractClass（抽象类）

抽象类不仅负责实现模板方法，还负责声明在模板方法中所使用到的抽象方法。这些抽象方法由子类ConcreteClass角色实现。在示例程序中AbstractDisplay类扮演此角色。

ConcreteClass（具体类）

该角色负责实现AbstractClass角色中定义的抽象方法，是AbstractClass子类。这里实现的方法将会在AbstractClass角色的模板方法中被调用，在上面的例子中CharDisplay和StringDisplay类扮演此角色。

模式要点

使逻辑处理通用化

使用模板方法模式的优点就是可以在父类的模板方法中编写好算法，并且无需在每个子类中再次编写算法，方便算法在各个子类中高度复用。
如果发现算法有bug，我们只需要修改父类的模板方法实现即可，不用到处修改每一个子类实现。

父类和子类之间的协作

在模板方法模式中，父类和子类是紧密联系，共同工作的。因此，在子类实现父类中的抽象方法时，必须明确这些方法被调用的时机，否则将无法编写有效的代码。因此，这就要求编写子类的时候必须知道父类的实现，因此该模式通常用于一个模块的内部，用户实现模块内部的高内聚架构。