模板方法模式(Template Method)及应用

Posted 2021-01-24 handler4j

模板方法模式定义了一个算法的步骤，并允许子类别为一个或多个步骤提供其实践方式。让子类别在不改变算法架构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。（来自百度百科）

　　模板方法模式在框架中经常使用，学习此模式后，对于阅读源码能力会有很大的提升。我准备先描述生活中的实际场景，引申出模板方式模式，然后分析此模式在JDK中的使用，最后分析在框架SpringMVC中的使用。

1、冲咖啡和泡奶茶如何抽取成一个模板

1.1 模板思路

冲咖啡步骤

(1)把水煮沸

(2)把沸水冲咖啡

(3)倒进杯子里

(4)加奶加糖

泡奶茶步骤

(1)把水煮沸

(2)把沸水泡茶叶

(3)倒进杯子里

(4)加点奶

　　可以发现，冲咖啡和泡奶茶有两个步骤是一样的：把水煮沸和倒入杯子中，有两个步骤不一样。那么是不是将两个相同的方法抽取在父类当中，用final修饰，让咖啡和奶茶两个子类去继承这个父类，两个子类就具有了父类把水煮沸和倒入杯子中的能力。再去分别实现另外两个步骤就可以了，最后完成冲咖啡和泡奶茶的流程。

　　可是，这种做法对于父类来说，整个步骤是不可控的，虽然子类具有了父类的方法，但是采用了怎样的步骤顺序去制作咖啡和奶茶，父类完全不清楚。所以，这里要做出一些改进，如果我们能在父类中将咖啡或者奶茶的每一个步骤都定义好，需要子类实现的方法定义成抽象类，然后将整个流程封装在一个方法里，子类继承父类后直接调用父类的这个方法，就能完全控制住整个操作步骤了。

1.2 具体的代码实现

/**
 * 茶和咖啡的抽象父类
 */
public abstract class CaffeineBeverage {
    public final  void prepareRecipe(){
        boilWater();
        brew();
        pourCup();
        addCondiment();
    }

    abstract void brew();

    abstract void addCondiment();

    void boilWater(){
        System.out.println("烧水");
    }

    final void pourCup(){
        System.out.println("倒入杯子中");
    }

}

public class Coffee extends CaffeineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("加入咖啡");
    }

    @Override
    void addCondiment() {
        System.out.println("加入奶泡和糖");
    }
}

public class Tea extends CaffeineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("放入茶叶");
    }

    @Override
    void addCondiment() {
        System.out.println("加点奶");
    }
}

public class TemplateMethodPattern {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();
    }
}

1.3 代码分析

　　使用了模板方法，子类只需要去继承父类并实现父类中的抽象方法，但具体的执行步骤还是在父类CaffeineBeverage中定义并用final修饰的，这一点保证了步骤的统一。另外，在父类中具体的方法并不一定要被final修饰，可以由子类去决定用不用或怎么使用。重点的是模板方法的思想，父类控制流程，子类控制某些步骤。

　　另外，还有一点，创建模板对象时，要不要用模板对象去接收？这个问题我的想法是可以，看具体的使用场景。

 

2、 Java API中的模板方法思想

2.1 数组的排序

平时我们对操作数据排序时，会使用Arrays.sort(Object[] o)方法。sort()调用的最重要的方法是mergeSort()，他就是一个模板方法，依赖实现类实现comparaTo()完成排序。sort()方法和mergeSort()方法这些都是静态方法之间的调用，在比较数据中的对象时，会先将对象强转成Comparable，调用CompareTo()进行比较，如果需要交换位置，则调用swap()。这也就是为什么，当我们自定义类排序时，一定要实现Compareble并重写compareTo()。

public class Arrays {
...
    public static void sort(Object[] a) {
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a);
        else
            ComparableTimSort.sort(a, 0, a.length, null, 0, 0);
    }
    private static void legacyMergeSort(Object[] a) {
        Object[] aux = a.clone();
        mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);　　
    }

　　//排序中的模板方法，依赖comparaTo()方法的实现完成
    private static void mergeSort(Object[] src,
                                  Object[] dest,
                                  int low,
                                  int high,
                                  int off) {
        int length = high - low;

        // Insertion sort on smallest arrays
        if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {
            for (int i=low; i<high; i++)
                for (int j=i; j>low &&
                         ((Comparable) dest[j-1]).compareTo(dest[j])>0; j--)
                    swap(dest, j, j-1);
            return;
        }

        // Recursively sort halves of dest into src
        int destLow  = low;
        int destHigh = high;
        low  += off;
        high += off;
        int mid = (low + high) >>> 1;
        mergeSort(dest, src, low, mid, -off);
        mergeSort(dest, src, mid, high, -off);

        // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
        // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
        if (((Comparable)src[mid-1]).compareTo(src[mid]) <= 0) {
            System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
            return;
        }

        // Merge sorted halves (now in src) into dest
        for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {
            if (q >= high || p < mid && ((Comparable)src[p]).compareTo(src[q])<=0)
                dest[i] = src[p++];
            else
                dest[i] = src[q++];
        }
    }
...
}

2.2 代码分析

　　看到这里，可能会有些迷惑，这里为什么没有用继承，模板方法的核心不应该是继承吗？其实并不是这样，只要能让流程在类中控制住，子类或实现类实现需要实现的部分，这就是一个完整的模板方法模式。sort方法是静态方法，就可以在所有数组中使用，只需要这个数组中的对象实现Comparable，这样用起来更加方便，假如是继承的话，是没法保证每一个类都能继承Comparable,毕竟Java只支持单继承。

 

3、SpringMVC中的模板方法

未完待续...