深入理解设计模式之模板方法模式

深入理解设计模式之模板方法模式

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，它定义了一个算法的骨架，将一些步骤的具体实现延迟到子类中。模板方法模式通过将算法的通用部分抽象出来，以模板方法的形式提供给子类，从而使得子类可以根据自身的需求来实现具体的步骤，同时保持算法的整体结构不变。

在模板方法模式中，通常包含一个抽象类和若干个具体子类。抽象类定义了算法的骨架，其中包含了一些抽象方法和具体方法。抽象方法由子类来实现，而具体方法则在抽象类中已经实现好了。

缺点： 每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。

为什么需要使用模板方法模式？

使用模板方法模式可以将算法的通用部分抽象出来，提高代码的复用性和可维护性。当一个算法的不同步骤有共同的结构或者流程时，可以使用模板方法模式来避免重复的代码，并且方便后续的扩展和修改。

另外，模板方法模式还可以提供一种框架或者模板，使得子类只需要关注具体的实现细节，而不需要关心算法的整体结构。这样可以降低子类的复杂度，提高开发效率。

怎么使用模板方法模式？

使用模板方法模式的步骤如下：

1. 定义一个抽象类，其中包含算法的骨架，以及一些抽象方法和具体方法。抽象方法由子类来实现，具体方法在抽象类中已经实现好了。
2. 创建具体的子类，继承抽象类，并实现其中的抽象方法。
3. 在子类中根据具体需求重写抽象方法，完成算法的具体实现。
4. 在客户端代码中，通过实例化具体的子类来调用模板方法，从而完成算法的执行。

注意事项： 为防止恶意操作，一般模板方法都会用 final 关键词修饰。

下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用模板方法模式来实现一个简单的咖啡制作流程：

案例背景： 假设我们正在开发一个咖啡店的点单系统，系统中需要实现不同种类咖啡的制作过程。每种咖啡的制作过程都有一些共同的步骤，例如烧水、冲泡咖啡粉、加入调料等，但每种咖啡的具体步骤和调料可能有所不同。

解决方案： 我们可以使用模板方法模式来设计咖啡制作的过程。首先，我们定义一个抽象类CoffeeMaker，其中包含了制作咖啡的通用步骤，例如烧水、冲泡特定咖啡粉、倒入杯中和添加特定调料。然后，我们创建具体的子类，例如EspressoMaker和LatteMaker，继承抽象类CoffeeMaker，并实现各自特定的步骤和调料。

// 抽象类CoffeeMaker，其中包含了制作咖啡的通用步骤
public abstract class CoffeeMaker {
    public void makeCoffee() {
        boilWater();
        brewCoffee();
        pourIntoCup();
        addCondiments();
    }

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

    public abstract void brewCoffee();

    public void pourIntoCup() {
        System.out.println("Pouring coffee into cup");
    }

    public abstract void addCondiments();
}

// 子类EspressoMaker浓缩咖啡，实现特定的步骤和调料
public class EspressoMaker extends CoffeeMaker {
    @Override
    public void brewCoffee() {
        System.out.println("Brewing espresso");
    }

    @Override
    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding sugar");
    }
}

// 子类LatteMaker拿铁咖啡，实现特定的步骤和调料
public class LatteMaker extends CoffeeMaker {
    @Override
    public void brewCoffee() {
        System.out.println("冲泡拿铁咖啡...");
    }

    @Override
    public void addCondiments() {
        System.out.println("添加牛奶...");
    }
}

// 在客户端代码中使用模板方法模式
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 制作浓缩咖啡
        CoffeeMaker espressoMaker = new EspressoMaker();
        espressoMaker.makeCoffee();
        System.out.println("----------------------------");
        // 制作拿铁咖啡
        CoffeeMaker latteMaker = new LatteMaker();
        latteMaker.makeCoffee();
    }
}

总结：

模板方法模式是一种非常常用的设计模式，它可以帮助开发者更好地设计和组织代码，提高代码的可复用性和可维护性。通过将算法的通用部分抽象出来，以模板方法的形式提供给子类，可以使得子类可以根据自身的需求来实现具体的步骤，同时保持算法的整体结构不变。在实际的开发中，可以根据具体的需求来选择是否使用模板方法模式，以提高代码的效率和可维护性。