设计模式-模板模式及应用
一般生活中我们办理一件事需要一套指定的流水线。例如银行办事，需要先去营业厅取号、排队、办理业务、综合评分。这一套固有的流程，取号、排队、综合评分等都是固定的，不同的客户会办理不同的业务，只有这块是没个客户不同的。类似于这种有固定的流水线，在软件设计的过程中，也是时长被使用到的。
定义这条流水线的方法为模板方法，执行到每个环节在调取相应方法的函数。在设计模式中，此类的问题为模板方法模式，下面就通过案例来说一下模板方法的使用。
定义及结构特点
看下GOF《设计模式》一书中的定义：模板方法模式在一个方法中定义一个算法⻣架，并将某些步骤推迟到子类中实现。模板方法模式可以让子类在不改变算法整体结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。
1.模板模式的结构
-
抽象类模板方法 定义模板执行顺序，需要执行的函数
-
具体类 实现模板方法中的特定方法和钩子方法
抽象类中一般有三种类型方法：
1)、普通方法，定义固有的方法
2)、抽象方法，各子类对象需要自定义实现的方法，也就是定义中提到的，推迟到子类中实现的方法。
3)、钩子方法，一般是由子类决定是否重写，来决定模板方法中是否执行某块逻辑
2.模板方法结构图：
代码案例
1.案例1
- 抽象类 指定模板
//抽象类
public abstract class AbstractClass {
//模板方法 算法骨架
public void templateMethod() {
method1();
abstractMethod();
method2();
}
public void method1(){
System.out.println("模板方法1");
}
public void method2(){
System.out.println("模板方法2");
}
// 抽象方法 推迟到子类执行的方法
protected abstract void abstractMethod();
}
- 具体实现类1
public class ConcreteClass extends AbstractClass{
@Override
protected void abstractMethod() {
System.out.println("具体模板方法1");
}
}
- 具体实现类2
public class ConcreteClass2 extends AbstractClass{
@Override
protected void abstractMethod() {
System.out.println("具体模板方法2");
}
}
- 使用方
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractClass abstractClass = new ConcreteClass();
abstractClass.templateMethod();
System.out.println("----------------");
AbstractClass abstractClass2 = new ConcreteClass2();
abstractClass2.templateMethod();
}
}
执行结果：
模板方法1
具体模板方法1
模板方法2
----------------
模板方法1
具体模板方法2
模板方法2
执行结果中，模板方法中的普通方法method1,method2，都是在抽象类中定义的，所有的子类对象执行模板方法时，都一样，自定义的部分在抽象方法中。这就是模板模式的基本骨架，很简单。
2.案例2
案例2，通过模拟网上购物的流程(选择商品、加入购物车、增加运费险、下单、付款)，来体会一下模板模式的使用。包括钩子函数的使用。
- 抽象类
//抽象流程
public abstract class AbstractFlow {
// 购物流程模板
public void shoppingTemplate() {
choose();
addShopStore();
//钩子方法
if (hook()) {
freightInsurance();
}
order();
pay();
}
// 商品选择
public void choose() {
System.out.println("商品选选择阶段");
}
// 加入购物车
public void addShopStore() {
System.out.println("加入购物车");
}
// 下单
public void order() {
System.out.println("下单...跳转付款页面");
}
// 运费险
public void freightInsurance() {
System.out.println("附加运费险");
}
//钩子函数
public boolean hook() {
return false;
}
// 付款
protected abstract void pay();
}
- 具体实现类1 买一双鞋子 （无需运费险）
public class ShopShoeFlow extends AbstractFlow{
@Override
protected void pay() {
System.out.println("购买鞋子花费：500元");
}
}
-具体实现类2 买一件T-shirt (需要运费险)
public class ShopTshirtFlow extends AbstractFlow {
public boolean hook() {
// 衣服的尺寸因为每个品牌都不标准，这里重写钩子函数，方便增加运费险
return true;
}
@Override
protected void pay() {
System.out.println("购买 T-shirt 花费：300元");
}
}
- 使用方
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 购买鞋子
AbstractFlow shopShoeFlow = new ShopShoeFlow();
shopShoeFlow.shoppingTemplate();
System.out.println("-----------");
// 购买一件T-shirt
AbstractFlow shopTshirtFlow = new ShopTshirtFlow();
shopTshirtFlow.shoppingTemplate();
}
}
执行结果：
商品选选择阶段
加入购物车
下单...跳转付款页面
购买鞋子花费：500元
-----------
商品选选择阶段
加入购物车
附加运费险
下单...跳转付款页面
购买 T-shirt 花费：300元
案例2结构：
我们买东西其他的流程都是一样，只有在最后付款的时候，因为不同的商品最终付款的价格也是不同的。所有把付款的方法推迟到购买具体商品的子类中实现；钩子方法的使用，钩子方法是控制整个模板算法骨架中，某一部分不是必须要在整个流程中的部分。这里可以通过子类重写钩子函数的方式，来控制注册分功能是否要在整个流程中执行。
对于鞋子来说一般我们鞋码都是固定的，不同品牌之间有细微的差别，基本不会买错。但是衣服来说的话，差别就很大，不同款式（运动、休闲）不同品牌之间的尺码都不一致。买错有更大的风险，所以对买衣服增加个运费险，通过重写钩子函数来实现。
模板模式的优缺点及应用场景
优点：
- 它封装了不变部分，扩展可变部分。它把认为是不变部分的算法封装到父类中实现，而把可变部分算法由子类继承实现，便于子类继续扩展。
- 它在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
- 部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。
缺点：
- 对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，间接地增加了系统实现的复杂度；
- 由于继承关系自身的缺点，如果父类添加新的抽象方法，则所有子类都要改一遍，增加了代码的耦合性。
应用场景
- 整个流程有固定的环境，但是其中某部分不同
- 当多个子类存在公共的行为时，可以将其提取出来并集中到
- 需要灵活的控制整个算法固件中各部分的执行流程（钩子函数）
模板模式在源码中的使用
1.Mybatis中模板模板方法的使用
列举一例，BaseExecutor提供了基本sql执行方法，实现了sql执行逻辑，骨架是定义好了，部分特定的实现是在子类的方法中实现的。如事务管理、缓存管理。
// 查询
public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing a query").object(ms.getId());
if (closed) {
throw new ExecutorException("Executor was closed.");
}
if (queryStack == 0 && ms.isFlushCacheRequired()) {
clearLocalCache();
}
List<E> list;
try {
queryStack++;
list = resultHandler == null ? (List<E>) localCache.getObject(key) : null;
if (list != null) {
handleLocallyCachedOutputParameters(ms, key, parameter, boundSql);
} else {
// 调用查询方法
list = queryFromDatabase(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);
}
} finally {
queryStack--;
}
if (queryStack == 0) {
for (DeferredLoad deferredLoad : deferredLoads) {
deferredLoad.load();
}
// issue #601
deferredLoads.clear();
if (configuration.getLocalCacheScope() == LocalCacheScope.STATEMENT) {
// issue #482
clearLocalCache();
}
}
return list;
}
// 修改
@Override
public int update(MappedStatement ms, Object parameter) throws SQLException {
ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing an update").object(ms.getId());
if (closed) {
throw new ExecutorException("Executor was closed.");
}
clearLocalCache();
// 调用修改
return doUpdate(ms, parameter);
}
//...略
// 抽象方法
protected abstract int doUpdate(MappedStatement ms, Object parameter)
throws SQLException;
protected abstract List<BatchResult> doFlushStatements(boolean isRollback)
throws SQLException;
protected abstract <E> List<E> doQuery(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, BoundSql boundSql)
throws SQLException;
protected abstract <E> Cursor<E> doQueryCursor(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, BoundSql boundSql)
throws SQLException;
BaseExecutor类实现Executor接口中的query()、update()...等等，都是提供一个执行流程，最终调用了本类中的抽象方法，具体的实现是放在子类中实现。
子类的实现有四个，分别不同实现了抽象类中的方法，子类的功能：
- SimpleExecutor 是 Mybatis 执行 Mapper 语句时默认使用的 Executor，提供最基本的 Mapper 语句执行功能，没有过多的封装。
- ReuseExecutor 提供了 Statement 重用的功能，通过 statementMap 字段缓存使用过的 Statement 对象进行重用，可以减少 SQL 预编译以及创建和销毁 Statement 对象的开销，从而提高性能。
- BatchExecutor 实现了批处理多条 SQL 语句的功能，在客户端缓存多条 SQL 并在合适的时机将多条 SQL 打包发送给数据库执行，从而减少网络方面的开销，提升系统的性能。
- ClosedExecutor 是个类的一个内部类
2.Servlet中模式模式的使用
Servlet AIP是Java Servlet制定的标准， 可以使用 javax.servlet 和 javax.servlet.http 包创建. Java Servlet 是运行在Web服务器或应用服务器上的程序，它是作为来自Web浏览器或其他HTTP客户端的请求和HTTP服务器上的数据库或应用程序之间的中间层。
支持Http协议HttpServlet,HttpServlet 继承于 GenericServlet，实现了Servlet接口，HttpServlet提供了Http协议的请求。
//根据请求方式不同，调用不听方法
protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
String method = req.getMethod();
long lastModified;
if (method.equals("GET")) {
lastModified = this.getLastModified(req);
if (lastModified == -1L) {
this.doGet(req, resp);
} else {
long ifModifiedSince;
try {
ifModifiedSince = req.getDateHeader("If-Modified-Since");
} catch (IllegalArgumentException var9) {
ifModifiedSince = -1L;
}
if (ifModifiedSince < lastModified / 1000L * 1000L) {
this.maybeSetLastModified(resp, lastModified);
this.doGet(req, resp);
} else {
resp.setStatus(304);
}
}
} else if (method.equals("HEAD")) {
lastModified = this.getLastModified(req);
this.maybeSetLastModified(resp, lastModified);
this.doHead(req, resp);
} else if (method.equals("POST")) {
this.doPost(req, resp);
} else if (method.equals("PUT")) {
this.doPut(req, resp);
} else if (method.equals("DELETE")) {
this.doDelete(req, resp);
} else if (method.equals("OPTIONS")) {
this.doOptions(req, resp);
} else if (method.equals("TRACE")) {
this.doTrace(req, resp);
} else {
String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
Object[] errArgs = new Object[]{
method};
errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
resp.sendError(501, errMsg);
}
}
// httpServlet doget
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
String protocol = req.getProtocol();
String msg = lStrings.getString("http.method_get_not_supported");
if (protocol.endsWith("1.1")) {
resp.sendError(405, msg);
} else {
resp.sendError(400, msg);
}
}
//... doPost doHead doPut ..略
这里的模板方法就是Service(),根据不同的请求，调用HttpServlet中的指定方法，这里篇幅有限贴了 doGet()方法，发现没有任何实现。会报40*的错误，看下Httpservelet的子类。
这里具体的方法都由子类来实现，HttpServlet不能被实例化是个抽象类，具体的方法请求都由子类来实现，HttpServlet在这里充当模板模式的抽象类，不同子类的实现为具体的实现类，重新不同请求方法。
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