模板方法模式（Template）

本文参考自： 《JAVA设计模式》之模板模式(Template)

1. 作用

模板方法模式是类的行为模式。准备一个抽象类，将部分逻辑以具体方法以及具体构造函数的形式实现，然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法，从而对剩余的逻辑有不同的实现。这就是模板方法模式的用意。

2. 结构

模板方法模式是所有模式中最为常见的几个模式之一，是基于继承的代码复用的基本技术。

模板方法模式需要开发抽象类和具体子类的设计师之间的协作。一个设计师负责给出一个算法的轮廓和骨架，另一些设计师则负责给出这个算法的各个逻辑步骤。代表这些具体逻辑步骤的方法称做基本方法(primitive method)；而将这些基本方法汇总起来的方法叫做模板方法(template method)，这个设计模式的名字就是从此而来。

模板方法所代表的行为称为顶级行为，其逻辑称为顶级逻辑。模板方法模式的静态结构图如下所示：

模版方法模式结构

模版方法模式中有两个主要的角色

• 抽象的模版方法 AbstractTemplate

1. 定义了一个或多个抽象操作，以便让子类实现。这些抽象操作叫做基本操作，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。
2. 定义并实现了一个模板方法。这个模板方法一般是一个具体方法，它给出了一个顶级逻辑的骨架，而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中，推迟到子类实现。顶级逻辑也有可能调用一些具体方法。

• 具体的模版方法 ConcreteTemplate

1. 实现父类所定义的一个或多个抽象方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。
2. 每一个抽象模板角色都可以有任意多个具体模板角色与之对应，而每一个具体模板角色都可以给出这些抽象方法（也就是顶级逻辑的组成步骤）的不同实现，从而使得顶级逻辑的实现各不相同。

3. 模版方法模式中的方法

3.1 模版方法

一个模板方法是定义在抽象类中的，把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或一个总行为的方法。

一个抽象类可以有任意多个模板方法，而不限于一个。每一个模板方法都可以调用任意多个具体方法。

子类不可以对模版方法进行覆盖或者重写

3.2 基本方法

基本方法又可以分为三种：抽象方法(Abstract Method)、具体方法(Concrete Method)和钩子方法(Hook Method)。

• 抽象方法
  一个抽象方法由抽象类声明，由具体子类实现。在Java语言里抽象方法以abstract关键字标示。它是子类必须实现的方法
• 钩子方法
  一个钩子方法由抽象类声明并实现，而子类会加以扩展。通常抽象类给出的实现是一个空实现，作为方法的默认实现。它是子类可以选择性实现或不实现的方法
• 具体方法
  一个具体方法由抽象类声明并实现，而子类并不实现或置换。它是子类不可更改的方法。

3.3 默认钩子方法

一个钩子方法常常由抽象类给出一个空实现作为此方法的默认实现。这种空的钩子方法叫做“Do Nothing Hook”。显然，这种默认钩子方法在缺省适配模式里面已经见过了，一个缺省适配模式讲的是一个类为一个接口提供一个默认的空实现，从而使得缺省适配类的子类不必像实现接口那样必须给出所有方法的实现，因为通常一个具体类并不需要所有的方法。

4. 实现

抽象的模版类

public abstract class AbstractTemplate {
    
    /**
     * 模版方法：顶层的统一实现逻辑，子类不能更改或者替换
     */
    public void templateMethod() {
        System.out.println("顶层模版类的模版方法");
        abstractMethod();
        hoodMethod();
        concreteMethod();
    }
    /**
     * 抽象方法：子类必须实现和替换的方法
     */
    public abstract void abstractMethod();
    
    /**
     * 钩子方法：子类可以选择性的实现或者不实现的方法
     */
    public void hoodMethod() {
        
    }
    
    /**
     * 基本方法：顶层模版类实现的方法，子类不能更改的方法
     */
    public void concreteMethod() {
        System.out.println("顶层模版类实现的具体方法");
    }
}

具体的模版类

public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate{
    
    @Override
    public void abstractMethod() {
        System.out.println("子类实现的抽象方法");
    }
    
    @Override
    public void hoodMethod() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("子类更改的钩子方法");
    }

}

客户端调用

public class TemplatePatternMain {

    public static void main(String[] args) {
        
        AbstractTemplate template = new ConcreteTemplate();
        
        template.templateMethod();
    }

}

5. 实际使用例子

考虑一个计算存款利息的例子。假设系统需要支持两种存款账号，即货币市场(Money Market)账号和定期存款(Certificate of Deposite)账号。这两种账号的存款利息是不同的，因此，在计算一个存户的存款利息额时，必须区分两种不同的账号类型。

这个系统的总行为应当是计算出利息，这也就决定了作为一个模板方法模式的顶级逻辑应当是利息计算。由于利息计算涉及到两个步骤：一个基本方法给出账号种类，另一个基本方法给出利息百分比。这两个基本方法构成具体逻辑，因为账号的类型不同，所以具体逻辑会有所不同。

显然，系统需要一个抽象角色给出顶级行为的实现，而将两个作为细节步骤的基本方法留给具体子类实现。由于需要考虑的账号有两种：一是货币市场账号，二是定期存款账号。系统的类结构如下图所示。

代码结构

抽象的模版类

public abstract class Account {
    
    /**
     * 模版方法：计算利息
     */
    public double calculateInterest() {
        double rate = getRate();
        String name = getName();
        double ammount = getAmmount(name);
        double interest = ammount * rate;
        return interest;
    }
    
    /**
     * 抽象方法：由子类实现，返回不同账户的利率
     */
    public abstract double getRate();

    /**
     * 抽象方法：由子类实现，返回账户的名称
     */
    public abstract String getName();
    
    /**
     * 基本方法：由顶层模版类自己实现，子类不可重写，计算账户余额
     * @param name：账户名称
     * @return：
     */
    public double getAmmount(String name) {
        //还需要利用其他方法，最后计算出账户目前的余额，这里省略
        return 10.11;
    }
}

具体的模版类

public class MoneyMarketAccount extends Account{

    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return "money market";
    }
    
    @Override
    public double getRate() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return 2.0;
    }
}

public class CDAccount extends Account{

    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return "CD Account";
    }
    
    @Override
    public double getRate() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return 3.0;
    }
}

客户端调用

public class TemplatePatternDemoMain {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Account moneyMarketAccout = new MoneyMarketAccount();
        Account cdAccount = new CDAccount();
        
        System.out.println("money market account interest:"+moneyMarketAccout.calculateInterest());
        System.out.println("cd account interest:"+cdAccount.calculateInterest());
    }

}