Java设计模式模板方法模式(Template)用法解析

什么是模板方法模式？

模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中，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。通常来说，是由一个抽象类来实现模板方法，并在其中定义抽象方法来交给子类实现。

模板方法模式的实现

在Java实现模板方法模式时，通常包含以下角色：

• 抽象模板类(Abstract Template Class)：定义了一组抽象的方法，子类需要实现这些方法，并在模板方法中调用这些方法。
• 具体模板类(Concrete Template Class)：继承自抽象模板类，在其中实现父类中定义的抽象方法。
• 客户端代码(Client)：通过调用具体模板类的模板方法来完成一系列的操作。

下面是一个简单的示例代码，通过抽象模板类来定义制作饮料的流程，并由子类来实现具体的制作过程：

abstract class Beverage {
    final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (needCondiment()) {
            addCondiment();
        }
    }

    protected void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water...");
    }

    abstract void brew();

    protected void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup...");
    }

    abstract boolean needCondiment();

    protected void addCondiment() {}

}

class Coffee extends Beverage {

    @Override
    void brew() {
        System.out.println("Brewing coffee...");
    }

    @Override
    boolean needCondiment() {
        return true;
    }

    @Override
    protected void addCondiment() {
        System.out.println("Adding milk and sugar...");
    }
}

class Tea extends Beverage {

    @Override
    void brew() {
        System.out.println("Steeping tea...");
    }

    @Override
    boolean needCondiment() {
        return false;
    }
}

在该示例中，Beverage是抽象模板类，其中定义了prepareBeverage()方法作为制作饮料的模板方法，并调用了boilWater()、brew()、pourInCup()和addCondiment()等抽象方法。Coffee和Tea是具体的模板类，继承了Beverage并实现了其定义的抽象方法。

当客户端需要制作饮料时，可以通过以下方式调用：

Beverage coffee = new Coffee();
coffee.prepareBeverage();

Beverage tea = new Tea();
tea.prepareBeverage();

模板方法模式的优缺点

优点

• 提高代码的复用性，将相同的代码放在抽象模板类中。
• 具体模板类可以实现算法的不同部分，增加了灵活性。
• 使用模板方法模式可以有助于避免重复的代码，提高了代码的维护性。

缺点

• 对于简单的算法来说，使用模板方法模式可能会造成代码冗余。
• 过多使用模板方法模式可能会增加代码的复杂性，降低了代码的可读性。

适用场景

当算法中有一些操作是固定的，但某些步骤根据不同的情况可能会稍有不同时，可以考虑使用模板方法模式。例如，制作饮料的过程中可以使用模板方法模式，因为只要将一些关键步骤抽象出来，就可以在不修改算法结构的情况下定制制作过程。

示例1

在完成Java程序中的IO操作时，可以使用模板方法模式。例如，在读取文件时，可以定义一个抽象类FileProcessor，其中定义了一个readFile()方法和一个抽象方法processData()，而processData()可以交给具体类来实现。由于在读取文件时可能需要进行一些预处理，因此在readFile()方法中可以定义一些固定的操作，而具体的处理则交给子类来实现。

示例2

在管理员管理系统中，可以使用模板方法模式来进行用户权限的验证。例如，在进行某些敏感操作时，需要验证用户是否为管理员。这时可以定义一个抽象类AbstractAdmin，并定义一个verify()方法和一个抽象方法doOperation()。在verify()方法中可以对用户进行权限验证，然后再交给具体类来实现需要进行的操作。这样可以避免在每次进行敏感操作时都对用户进行权限验证的重复代码。