一、了解模板方法模式

1.1 什么是模板方法模式

模板方法模式 Template Method Parrern）在一個方法中定義了一個算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以在不改變算法結構的情況下，重新定義方法中的某些步驟。

模板就是一個方法，更具體的說，這個方法將算法定義為一組步驟，其中的任何步驟都可以是抽象的，由子類負責實現。這可以確保算法的結構保持不變，同時由子類提供部分實現。

1.2 模板方法模式組成結構

• 抽象類（AbstractClass）：包含模板方法，定義了算法的骨架。專注于算法本身。
• 具體類（ConcreteClass)：實現抽象類中的抽象方法，完成算法的實現。

1.3 模板方法 UML 圖解

1.4 模板方法的適用場景

• 在某些類的算法中，用了相同的方法，造成代碼的重復。
• 控制子類擴展，子類必須遵守算法規則。

二、模板方法模式具體應用

2.1 問題描述

茶與咖啡：有的人喜歡喝茶，而有的人 喜歡喝咖啡。茶與咖啡 之間有什么共同的成分嗎？答案是咖啡因 (怎么樣，沒想到吧)。不止是這樣，茶與咖啡的沖泡方式也十分類似。如下

茶沖泡法：

把水煮沸

用沸水沖泡咖啡

把咖啡倒進杯子

加糖和牛奶

咖啡沖泡法：

把水煮沸

用沸水浸泡茶葉

把茶倒進杯子

加檸檬

現在我們來設計代碼，完成茶與咖啡的沖泡。

2.2 簡單設計實現

因為代碼比較簡單，所以這里只提供代碼實現的設計圖。從上面的設計圖中，我們應該能發現一個問題：存在著一些重復的代碼 (boilWater() 與 pourInCup())。所以我們要重新考慮一下設計，來避免這個問題。

PS：有一個重要的設計原則：找出應用中可能需要變化之處，把它們獨立出來，不要和那些不需要變化的代碼混在一起。

于是我們可能想到使用繼承，把不變的代碼方法超類中，把變化的代碼放在子類中去實現。

2.3 使用繼承

這種通過繼承的設計感覺還不錯，可以很好的解決問題。但是我們仔細想想，沖泡茶與咖啡是不是還存在一些共同點呢？其實 brewCoffeeGrinds() 與 steepTeaBag() 的動作很類似，因此我們可以使用 brew() 來統一這兩個方法；addSugarAndMilk() 與 addLemon() 也很類似，我們用 addCondiments() 來統一。

2.4 模板方法模式登場

（1） 模板方法 UML 設計 (可參考模板方法 UML 圖解)

（2） 模板方法代碼實現

抽象 CaffineBeverage 類

package com.jas.templatemethod;public abstract class CaffineBeverage {/*** 模板方法，用作一個算法的模板，用于制作茶與咖啡* 并定義為 final 的，防止子類覆蓋*/final void prepareRecipe(){boilWater();brew();pourInCup();addCondiments();}void boilWater(){System.out.println("煮沸水！");}abstract void brew();void pourInCup(){System.out.println("倒進杯子里！");}abstract void addCondiments(); }

具體 Tea 類

package com.jas.templatemethod;public class Tea extends CaffineBeverage {@Overridevoid brew() {System.out.println("用沸水浸泡茶葉！");}@Overridevoid addCondiments() {System.out.println("加入檸檬！");} }

具體 Coffee 類

package com.jas.templatemethod;public class Coffee extends CaffineBeverage {@Overridevoid brew() {System.out.println("用沸水浸泡咖啡！");}@Overridevoid addCondiments() {System.out.println("加入糖與牛奶！");} }

測試類

package com.jas.templatemethod;public class Test {public static void main(String[] args) {CaffineBeverage coffee = new Coffee();CaffineBeverage tea = new Tea();coffee.prepareRecipe();System.out.println();tea.prepareRecipe();} }/*** 輸出* 煮沸水！* 用沸水浸泡咖啡！* 倒進杯子里！* 加入糖與牛奶！** 煮沸水！* 用沸水浸泡茶葉！* 倒進杯子里！* 加入檸檬！*/

（3） 問題總結

CaffineBeverage 類主導一切，它擁有算法，并保護這個算法 (模板方法定義為 final 的)。對于子類來說，因為 CaffineBeverage 類的存在，代碼能夠最大程度的復用。并且算法存在于模板方法中，更易于修改，并且擴展性更強。CaffineBeverage 類本身專注與算法本身，由子類提供完整實現。

2.5 對模板方法進行掛鉤

（1） 什么是鉤子

鉤子 (Hook) 是一種被聲明抽象類中的方法，但是只有空的或默認的實現。
鉤子的存在，可以讓子類有能力對算法的不同點進行掛鉤。到底要不要掛鉤，由子類自行決定。

（2） 將鉤子應用到代碼中去

改造 CaffineBeverage

package com.jas.templatemethod;public abstract class CaffineBeverageWithHook {final void prepareRecipe(){boilWater();brew();pourInCup();/** 這里加上鉤子的判斷，只有鉤子返回值為 true 時，表示顧客想要加調料，才添加調料*/if(customerWantsCondiments()){addCondiments();}else {System.out.println("不添加任何調料");}}void boilWater(){System.out.println("煮沸水！");}abstract void brew();void pourInCup(){System.out.println("倒進杯子里！");}abstract void addCondiments();/*** 這是一個鉤子，子類可以自行選擇覆蓋，但是也可以不這么做。* @return*/boolean customerWantsCondiments(){return true;} }

改造 Coffee

package com.jas.templatemethod;import java.util.Scanner;public class CoffeeWithHook extends CaffineBeverageWithHook {@Overridevoid brew() {System.out.println("用沸水浸泡咖啡！");}@Overridevoid addCondiments() {System.out.println("加入糖與牛奶！");}@Overrideboolean customerWantsCondiments() {/** 只有當用戶輸入的是 'y' 時，返回 true，才添加調料 */if("y".equals(getUserInput())){return true;}else {return false;}}/*** 獲得用戶在控制臺輸入的數據* @return*/private String getUserInput(){String answer = null;System.out.println("你是否想要添加調料，請輸入 (y/n)");Scanner read = new Scanner(System.in);answer = read.nextLine();return answer;} }

測試

package com.jas.templatemethod;public class Test {public static void main(String[] args) {CaffineBeverageWithHook coffeeWithHook = new CoffeeWithHook();coffeeWithHook.prepareRecipe();}/*** 輸出* 煮沸水！* 用沸水浸泡咖啡！* 倒進杯子里！* 你是否想要添加調料，請輸入 (y/n)* y* 加入糖與牛奶！*/ }

（3） 鉤子總結

在實際工作中，如果算法的這個部分是可選的，那么你可以選擇使用鉤子。
鉤子可以讓子類實現算法中可選的部分，或者在鉤子對子類的實現并不重要時，子類可以對此鉤子置之不理。
鉤子可以使子類能夠有機會對模板方法中即將發生的步驟做出反應。

三、 模板方法模式總結

3.1 模板方法優缺點總結

優點

• 封裝不變部分，擴展可變部分。
• 提取公共代碼，便于維護。
• 行為由父類控制，子類實現。

缺點

每一個不同的實現都需要一個子類來實現，導致類的個數增加，使得系統更加龐大。

3.2 模板方法模式知識點總結

• 模板方法”定義了算法的實現步驟，并把一些步驟的實現推遲到子類中。
• 模板方法模式為我們提供了一種代碼復用的技巧。
• 模板方法的抽象類可以定義具體方法、抽象方法和鉤子。抽象方法由其子類實現。
• 鉤子是一種方法，它在抽象類中不做事，或者只做一些默認的事，子類可以選擇要不要覆蓋它。
• 為了防止子類覆蓋模板方法，可以將模板方法定義為 final 的。
• 可以把工廠方法理解為模板方法的一種特殊版本。

PS:點擊了解更多設計模式 http://blog.csdn.net/codejas/article/details/79236013

參考文獻

《Head First 設計模式》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java 设计模式之模板方法模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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