Java二十三种设计模式-模板方法模式（14/23）

作者：笔触狂放9 | 2024-08-14 05:20:20

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模板方法模式：定义算法骨架与灵活步骤的结合

引言

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，用于在方法中定义算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。

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。在软件工程中，它是一种软件设计模式，和C++模板没有关连。

基础知识，java设计模式总体来说设计模式分为三大类：

（1）创建型模式，共5种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

（2）结构型模式，共7种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

（3）行为型模式，共11种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

第一部分：模板方法模式概述

1.1 定义与用途

模板方法模式的基本定义

模板方法模式是一种行为型设计模式，它在超类（通常是抽象类）中定义了一个算法的框架或步骤，并将一些步骤的实现延迟到子类中。这种模式允许子类在不改变算法结构的前提下，重新定义算法的特定步骤。

解释为何需要模板方法模式

算法一致性：在多个子类中复用相同的算法结构，确保一致性。
代码复用：减少代码重复，提高代码的可维护性。
扩展性：允许子类通过扩展或修改某些步骤来扩展功能，而不必重写整个算法。
解耦：将算法的框架与具体实现分离，降低组件之间的耦合度。

1.2 模板方法模式的组成

抽象类（Abstract Class）

定义：定义了算法的骨架和步骤，通常是抽象的。
角色：包含一个或多个抽象方法（由子类实现）以及一个或多个钩子方法（可以被子类覆盖或使用默认实现）。

具体子类（Concrete Class）

定义：实现抽象类中定义的抽象方法，提供具体的行为。
角色：根据抽象类定义的算法框架，填充具体的实现细节。

钩子方法（Hook Method）

定义：在抽象类中定义的可以被子类覆盖的方法，用于在算法的特定点提供额外的行为或扩展点。

客户端（Client）

角色：使用抽象类和具体子类，通过调用模板方法来执行算法。

角色之间的交互

客户端与抽象类：客户端通过抽象类的模板方法来启动算法。
抽象类与具体子类：抽象类定义算法框架，具体子类实现或扩展算法的特定步骤。

模板方法模式通过定义一个算法的骨架，允许子类在不改变算法结构的情况下，重新定义算法的某些步骤。这种模式在需要复用算法结构，同时提供一定灵活性的场景中非常有用。在下一部分中，我们将通过Java代码示例来展示模板方法模式的具体实现。

第二部分：模板方法模式的实现

2.1 Java实现示例

以下是使用Java语言实现模板方法模式的代码示例。假设我们有一个咖啡制作流程，不同的咖啡可能有不同的制作步骤，但总体流程是一致的。


// 抽象类：咖啡制作类
abstract class Coffee {
    // 模板方法：定义咖啡制作的流程
    public final void prepareCoffee() {
        boilWater();
        brewCoffee();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }
 
    // 抽象方法：子类需要实现具体的制作步骤
    protected abstract void brewCoffee();
 
    // 钩子方法：子类可以选择覆盖或使用默认实现
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding condiments");
    }
 
    // 具体方法：共用的步骤
    private void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }
 
    private void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
}
 
// 具体子类：美式咖啡
class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    protected void brewCoffee() {
        System.out.println("Brewing American coffee");
    }
}
 
// 具体子类：拿铁咖啡
class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    protected void brewCoffee() {
        System.out.println("Brewing Latte coffee");
    }
 
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding milk and foam");
    }
}
 
// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = new AmericanCoffee();
        coffee.prepareCoffee();
 
        coffee = new LatteCoffee();
        coffee.prepareCoffee();
    }
}