1 定义
模板模式,全称模板方法设计模式,Template Method Design Pattern。
GoF《设计模式》的定义: Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses. Template Method lets subclasses redefine certain steps of an algorithm without changing the algorithm’s structure.
模板方法模式在一个方法中定义一个算法骨架,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。
- 算法骨架就是“模板”
- 包含算法骨架的方法就是模板方法
所以叫模板方法模式,属行为型模式。
一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现,但调用将以抽象类中定义的方式进行。
2 原理
- 模板方法模式的通用类图
仅利用了Java的继承机制,AbstractClass是抽象模板,其方法分为两类:
- 基本方法
基本操作,定义为abstract,强制子类实现,并在模板方法被调用 - 模板方法
一般是一个具体方法,即一个框架,实现对基本方法的调度,完成固定逻辑
模板方法加上final关键字,不允许被重写。
在类图中还有一个角色:具体模板。ConcreteClass1和ConcreteClass2属于具体模板,实现父类所定义的一个或多个抽象方法,即父类定义的基本方法在子类中得以实现。
抽象模板类
public abstract class AbstractClass {
// 基本方法
protected abstract void doSomething();
// 基本方法
protected abstract void doAnything();
// 模板方法
public void templateMethod() {
/*
* 调用基本方法,完成相关的逻辑
*/
this.doAnything();
this.doSomething();
}
}
具体模板类
public class ConcreteClass1 extends AbstractClass {
// 实现基本方法
protected void doAnything() {
// 业务逻辑
}
protected void doSomething() {
// 业务逻辑处理
}
}
public class ConcreteClass2 extends AbstractClass {
// 实现基本方法
protected void doAnything() {
// 业务逻辑处理
}
protected void doSomething() {
// 业务逻辑处理
}
}
场景类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractClass class1 = new ConcreteClass1();
AbstractClass class2 = new ConcreteClass2();
//调用模板方法
class1.templateMethod();
class2.templateMethod();
}
}
抽象模板中的基本方法尽量设计为protected类型,符合迪米特法则,不需要暴露的属性或方法尽量不要设置为protected类型。实现类若非必要,尽量不要扩大父类中的访问权限。
Spring 中对 Hibernate 的支持,将一些已经定好的方法封装起来,比如开启事务、获取 Session、关闭 Session 等,程序员不重复写那些已规范好的代码,直接丢一个实体即可保存。
3 使用场景
- 多个子类有公有的方法,并且逻辑基本相同时
- 重要、复杂的算法,可将不变的核心算法设计为模板方法,周边的相关细节功能、可变的行为由各个子类实现
重构时,模板方法模式是一个经常使用的模式,把相同代码抽取到父类,然后通过钩子函数约束其行为
4 案例
创建一个定义操作的 Game 抽象类,其中,模板方法设置为 final,这样它就不会被重写。
3 优点
- 提高复用性
- 提高扩展性
- 符合开闭原则
- 封装不变部分,扩展可变部分
把认为是不变部分的算法封装到父类实现,而可变部分的则可以通过继承来继续扩展 - 提取公共部分代码,便于维护
如果我们不抽取到父类中,任由这种散乱的代码发生,想想后果是什么样子?维护人员为了修正一个缺陷,需要到处查找类似的代码 - 行为由父类控制,子类实现
基本方法由子类实现,因此子类可以通过扩展的方式增加相应的功能,符合开闭原则
4 缺点
- 类数目增加
- 增加了系统实现的复杂度
- 继承关系自身缺点,如果父类添加新的抽象方法,所有子类都要改一遍
抽象类负责声明最抽象、最一般的事物属性和方法,实现类完成具体的事物属性和方法
但是模板方法模式却颠倒了,抽象类定义了部分抽象方法,由子类实现,子类执行的结果影响了父类的结果,也就是子类对父类产生了影响,这在复杂的项目中,会带来代码阅读的难度,而且也会让新手产生不适感。
相关设计模式
模板方法模式和工厂方法模式
模板方法模式和策略模式
案例
最佳实践
初级程序员在写程序的时候经常会问高手“父类怎么调用子类的方法”。这个问题很有普遍性,反正我是被问过好几回,那么父类是否可以调用子类的方法呢?我的回答是能,但强烈地、极度地不建议这么做,那该怎么做呢?
● 把子类传递到父类的有参构造中,然后调用
● 使用反射的方式调用
● 父类调用子类的静态方法
这三种都是父类直接调用子类的方法,好用不?好用!解决问题了吗?解决了!项目中允许使用不?不允许!
我就一直没有搞懂为什么要用父类调用子类的方法。如果一定要调用子类,那为什么要继承它呢?搞不懂。其实这个问题可以换个角度去理解,父类建立框架,子类在重写了父类部分的方法后,再调用从父类继承的方法,产生不同的结果(而这正是模板方法模式)。这是不是也可以理解为父类调用了子类的方法呢?你修改了子类,影响了父类行为的结果,曲线救国的方式实现了父类依赖子类的场景,模板方法模式就是这种效果。
模板方法在一些开源框架中应用非常多,它提供了一个抽象类,然后开源框架写了一堆子类。
如果你需要扩展功能,可以继承这个抽象类,然后重写protected方法,再然后就是调用一个类似execute方法,就完成你的扩展开发,非常容易扩展的一种模式。
应用
主要是用来解决复用和扩展两个问题。
复用
所有子类可复用父类中模板方法定义的流程代码。
Java IO库,如InputStream、OutputStream、Reader、Writer。以InputStream为例说明。
read()是个模板方法,定义了读取数据的整个流程,并且暴露了一个可以由子类来定制的抽象方法。
不过这个方法也被命名为了read(),只是参数跟模板方法不同。
扩展
AbstractList
优点
1、封装不变部分,扩展可变部分。
2、提取公共代码,便于维护。
3、行为由父类控制,子类实现。
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。