模板方法模式

基本概念

模板方法模式：属于行为型设计模式，定义一个算法的骨架（模板），将算法中的某些步骤延迟到子类中实现，从而让子类在不改变算法整体结构的前提下，重新定义算法中的特定步骤。

核心结构：

抽象类（Abstract Class）：定义模板方法和基本方法（抽象或具体），模板方法定义算法骨架。
具体子类（Concrete Class）：实现抽象类中的抽象方法，完成算法的具体步骤。

示例说明

场景：设计一个饮品制作系统，制作咖啡和茶的流程相似（煮水、泡制、倒入杯子），但泡制方式和调料添加不同。

饮品抽象类，设计定义通用的方法和流程

// 抽象饮品类（模板方法模式的核心）
public abstract class Beverage {
    // 模板方法：定义饮品制作的整体流程，用final防止子类覆盖
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();         // 煮沸水（具体方法，所有饮品相同）
        brew();               // 泡制（抽象方法，由子类实现）
        pourIntoCup();        // 倒入杯子（具体方法，所有饮品相同）
        addCondiments();      // 添加调料（抽象方法，由子类实现）
    }
    
    protected void boilWater() {
        System.out.println("煮沸水");
    }
    
    protected void pourIntoCup() {
        System.out.println("倒入杯子");
    }
    
    // 由子类实现
    abstract void brew();
    
    // 由子类实现
    abstract void addCondiments();
}

子类实现：咖啡、茶


// 具体子类：咖啡
public class Coffee extends Beverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用咖啡粉冲泡");
    }
    
    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("添加糖和牛奶");
    }
}

// 具体子类：茶
public class Tea extends Beverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用茶叶浸泡");
    }
    
    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("添加柠檬");
    }
}

验证测试：


// 用户调用
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("制作咖啡：");
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();
        
        System.out.println("\n制作茶：");
        Beverage tea = new Tea();
        tea.prepareRecipe();
    }
}

结果展示：


输出结果：
制作咖啡：
煮沸水
用咖啡粉冲泡
倒入杯子
添加糖和牛奶

制作茶：
煮沸水
用茶叶浸泡
倒入杯子
添加柠檬

类图图下：

模板方法

模板方法（prepareRecipe）：定义了饮品制作的固定流程（煮水→泡制→倒杯→加调料），确保算法骨架不变。
差异化步骤（brew、addCondiments）：由子类实现，不同饮品的泡制和调料添加方式不同。
代码复用：抽象类中封装了通用步骤（boilWater、pourIntoCup），避免重复代码。

如有必要，抽象类的方法可以采用钩子的形式由子类决定是否使用，如在执行某个步骤时，可以由子类决定是否覆盖重写。这就涉及到一个设计原则：
好莱坞原则：不要打电话给（调用）我们，我们会打电话给（调用）你

好莱坞原则给我们一种防止“依赖腐烂”的方法，“依赖腐烂”的例子如高层组件依赖于低层组件，低层组件又依赖于高层组件，而高层组件又依赖于横向组件，横向组件又依赖于低层组件等。当腐烂蔓延时，没有人可以轻易理解系统是如何设计等。有了好莱坞原则，将允许低层组件把自己挂进高层组件，由高层组件决定是否使用，如何使用。

用到好莱坞原则的模式：工厂方法模式、观察者模式

总结

优点：

复用性高：抽象类封装通用逻辑，子类只需实现差异化逻辑。
扩展性好：新增子类时无需修改模板方法，符合开闭原则。
统一执行顺序：模板方法确保算法步骤的执行顺序，避免逻辑混乱。

缺点：

子类依赖抽象类：子类需严格遵循抽象类定义的模板，灵活性受限于算法骨架。
抽象类可能复杂：若模板方法包含过多步骤，抽象类可能变得臃肿。

使用场景：

流程固定但细节不同的场景：如文件读取（打开→读取→关闭）、HTTP请求处理（连接→请求→响应→断开）。
框架设计：如JDK中的HttpServlet（doGet、doPost是模板方法的具体步骤）、Spring框架的模板类（如JdbcTemplate）。
Comparable<T> 接口和Arrays.sort（）：实现比较大小接口，调用sort()实现排序

与策略模式的区别：模板方法通过继承实现算法变化，策略模式通过组合实现算法变化。模板方法适合“算法骨架固定、部分步骤变化”，策略模式适合“整个算法可替换”。