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设计模式：模板方法模式

设计模式：模板方法模式
@Harold 创建于2021-03-28T08:53:00Z 更新于2022-03-10T05:38:56Z 计算机基础 字数：1166

意图

模板方法模式（Template Method）是一种行为设计模式， 它在超类中定义了一个算法的框架， 允许子类在不修改结构的情况下重写算法的特定步骤。

解决方案

模板方法模式建议将算法分解为一系列步骤， 然后将这些步骤改写为方法， 最后在 “模板方法” 中依次调用这些方法。 步骤可以是 抽象的， 也可以有一些默认的实现。 为了能够使用算法， 客户端需要自行提供子类并实现所有的抽象步骤。 如有必要还需重写一些步骤 （但这一步中不包括模板方法自身）。

 模板方法模式结构

模板方法设计模式的结构

抽象类 （Abstract­Class） 会声明作为算法步骤的方法， 以及依次调用它们的实际模板方法。 算法步骤可以被声明为 抽象类型， 也可以提供一些默认实现。

具体类 （Concrete­Class） 可以重写所有步骤， 但不能重写模板方法自身。

模板方法模式适合应用场景

  • 当你只希望客户端扩展某个特定算法步骤， 而不是整个算法或其结构时， 可使用模板方法模式。

模板方法将整个算法转换为一系列独立的步骤， 以便子类能对其进行扩展， 同时还可让超类中所定义的结构保持完整。

  • 当多个类的算法除一些细微不同之外几乎完全一样时， 你可使用该模式。 但其后果就是， 只要算法发生变化， 你就可能需要修改所有的类。

在将算法转换为模板方法时， 你可将相似的实现步骤提取到超类中以去除重复代码。 子类间各不同的代码可继续保留在子类中。

模板方法模式优缺点

优点：

  •  你可仅允许客户端重写一个大型算法中的特定部分， 使得算法其他部分修改对其所造成的影响减小。
  •  你可将重复代码提取到一个超类中。

缺点：

  •  部分客户端可能会受到算法框架的限制。
  •  通过子类抑制默认步骤实现可能会导致违反_里氏替换原则_。
  •  模板方法中的步骤越多， 其维护工作就可能会越困难。

与其他模式的关系

  • 工厂方法模式是模板方法模式的一种特殊形式。 同时， 工厂方法可以作为一个大型模板方法中的一个步骤。

  • 模板方法基于继承机制： 它允许你通过扩展子类中的部分内容来改变部分算法。 策略模式基于组合机制： 你可以通过对相应行为提供不同的策略来改变对象的部分行为。 模板方法在类层次上运作， 因此它是静态的。 策略在对象层次上运作， 因此允许在运行时切换行为。

在 Java 中使用模式

使用示例： 模版方法模式在 Java 框架中很常见。 开发者通常使用它来向框架用户提供通过继承实现的、 对标准功能进行扩展的简单方式。

这里是一些核心 Java 程序库中模版方法的示例：

示例代码

public abstract class Game {

  abstract void initialize();

  abstract void startPlay();

  abstract void endPlay();

  public final void play() {
    initialize();
    startPlay();
    endPlay();
  }
}
public class Cricket extends Game {
  @Override
  void endPlay() {
    System.out.println("Cricket Game Finished!");
  }

  @Override
  void initialize() {
    System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");
  }

  @Override
  void startPlay() {
    System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");
  }
}
public class Football extends Game {
  @Override
  void endPlay() {
    System.out.println("Football Game Finished!");
  }

  @Override
  void initialize() {
    System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
  }

  @Override
  void startPlay() {
    System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
  }
}
public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    Game game = new Cricket();
    game.play();
    System.out.println();
    game = new Football();
    game.play();
  }
}
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