设计模式第15讲——模板模式（Template）

目录

一、什么是模板模式

二、角色组成

三、优缺点

四、应用场景

4.1 生活场景

4.2 java场景

五、代码实现

5.0 UML类图

5.1  OrderFood——抽象类（Abstract）

5.2 具体类（Concrete Class）

5.3 testTemplate

六、总结

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一、什么是模板模式

模板模式是一种基于继承实现的设计模式，它是行为型的模式。

主要思想是将定义的算法抽象成一组步骤，在抽象类种定义算法的骨架，把具体的操作留给子类来实现。

通俗地说，模板模式就是将某一行为制定一个框架，然后子类填充细节。比如说做菜，流程通常就是洗菜、切菜、炒菜等步骤，那么这个流程就可以看作是一个模板，而具体做什么菜由子类来实现。 

二、角色组成

• 抽象类（Abstract）：定义了算法骨架，包含一个或多个抽象方法，这些方法由子类来具体实现。抽象类中通常还包含一个模板方法，用来调用抽象方法和具体方法，控制算法的执行顺序；还可以定义钩子方法，用于在算法中进行条件控制。
• 具体类（Concrete Class）：继承抽象类，实现抽象方法。

三、优缺点

优点：

• 提高代码复用性：将算法的骨架定义在父类中，子类只需要实现具体的细节部分，减少了代码的重复。
• 符合开闭原则：在模板模式种，由父类控制子类的执行，通过子类对父类进行扩展增加新的行为，符合“开闭原则”。
• 提高代码可维护性：模板模式定义了一套固定的模板，便于开发人员理解和修改，易于维护。

缺点：

• 部分子类可能无法灵活定制：由于模板模式制定的是一个固定的结构，所以某些子类可能无法适用，导致无法实现特定的需求或定制。
• 类的数量增加：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。

四、应用场景

4.1 生活场景

• 写文章：假设我们要写一篇文章，其中包括标题、引言、正文和结论等部分。我们可以将文章的写作过程定义为一个模板，在抽象类中定义写作方法，如先写标题、再写引言、接着写正文，最后写结论。具体类就是每篇文章的实现类，它们可以根据主题和内容的不同来实现对应的部分。这样，每个具体文章类只需要关注自己特定的内容，而写作的步骤则由模板来控制
• 学习流程：比如学习某门课程的流程，在学习过程中有一些共同的步骤，比如预习、上课、复习做练习等。我们可以定义一个抽象类StudyCourse，在其中定义学习的方法。具体类就是每门具体课程的实现类，它们根据课程内容和学习方式来实现抽象类中的方法。模板方法则是定义在抽象类中的一组方法，用于规定学习的整体流程和一些基本规则。

4.2 java场景

• JdbcTemplate：JdbcTemplate提供了一系列的模板方法，如execute、query、update等。开发者可以通过继承JdbcTemplate并实现相应的抽象方法来完成数据库操作的具体实现。
• HttpServlet：HttpServlet类是一个抽象类，提供了handleRequest、doGet、doPost等模板方法，用于处理HTTP请求。Servlet开发者可以继承HttpServlet并实现这些方法来处理具体的请求，从而完成一个特定的Servlet实现。
• Servlet过滤器：Java Servlet API中提供了过滤器（Filter）接口，用于对Servlet请求进行拦截和处理。该接口中定义了一个doFilter()方法，该方法是一个模板方法，由子类实现具体的请求拦截和处理方式。

五、代码实现

下面以订外卖为例，解释一下模板模式。假设订外卖的过程包含三个步骤：选择外卖、支付、取外卖、是否打赏，我们可以定义一个OderFood的抽象类，那么选择外卖就可以是抽象方法，需要子类取实现它，支付和取外卖可以定义为具体方法，另外是否打赏为钩子方法，子类可以决定是否对算法的不同进行挂钩，还需要定义一个模板方法，用以控制流程；不同的商家，如KFC、星巴克就是具体类。

5.0 UML类图

5.1  OrderFood——抽象类（Abstract）

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/24
 * 1.抽象类（Abstract Class）：点外卖
 * 包含选择外卖、支付、取外卖三个方法，
 * 其中选择外卖为抽象方法，需要子类实现
 * 支付、取外卖为具体方法
 * 另外是否打赏为钩子方法，子类可以决定是否对算法的不同进行挂钩
 */
public abstract class OrderFood {

    //模板方法
    public void order(){
        selectFood();
        pay();
        getFood();
    }
    //选择外卖   抽象方法 由子类实现具体细节
    public abstract void selectFood();
    //是否打赏   钩子方法 可以重写来做条件控制
    public boolean isGiveAward(){
        return false;
    }
    //-------具体方法----------
    public void pay(){
        System.out.println("支付成功，外卖小哥正在快马加鞭~~");
    }

    //取外卖
    public void getFood(){
        System.out.println("取到外卖");
        if (isGiveAward()){
            System.out.println("打赏外卖小哥");
        }
    }
}

5.2 具体类（Concrete Class）

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/24
 * 具体类（Concrete Class）：星巴克
 */
public class Starbucks extends OrderFood{

    //实现父类方法
    @Override
    public void selectFood() {
        System.out.println("一杯抹茶拿铁");
    }

    //重写钩子方法，打赏外卖小哥
    @Override
    public boolean isGiveAward(){
        return true;
    }
}

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/24
 * 具体类（Concrete Class）：KFC
 */
public class KFC extends OrderFood{
    @Override
    public void selectFood() {
        System.out.println("一份汉堡炸鸡四件套");
    }
}

5.3 testTemplate

/**
 * @author Created by njy on 2023/6/24
 * 模板模式测试类
 */
@SpringBootTest
public class TestTemplate {

    @Test
    void testTemplate(){
        //星巴克（重写了钩子方法，打赏外卖小哥）
        OrderFood orderFood=new Starbucks();
        orderFood.order();
        System.out.println("--------KFC------------");
        //KFC
        OrderFood orderFood1=new KFC();
        orderFood1.order();
    }
}

六、总结

我们可以把模板看作是一个公共的蓝本，而子类就像是根据这个蓝本来实现自己独特的需求。所以当我们在开发中遇到一些情况，比如多个类共享一些相同的操作，或者说想要控制子类扩展某个算法的一部分功能时，就可以考虑模板模式了。另外，还有以下几个适用场景以做参考：

1. 子类需要扩展算法的部分功能：当需要控制子类对算法的某些步骤进行扩展或修改，同时保持算法骨架不变时，可以使用模板模式。
2. 实现多个算法的不同细节：当需要在不同的场景下使用相同的算法，但是细节实现不同，可以使用模板模式。
3. 需要统一流程的业务：在一些对流程敏感的业务中，例如订餐、下单等，使用模板方法模式可以统一流程，使代码更加简洁和易维护。并且在统一流程的同时，也能保证业务的正确性。

注意事项： 为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。