设计模式之模板模式详解(定义、优缺点、应用场景、实例类图）

在模板模式（Template Pattern）中，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。这种类型的设计模式属于行为型模式。

一、模板模式的介绍

意图

在父类中定义了算法的骨架，并允许子类在不改变算法结构的前提下重定义算法的某些特定步骤。

主要解决的问题

解决在多个子类中重复实现相同的方法的问题，通过将通用方法抽象到父类中来避免代码重复。

使用场景

当存在一些通用的方法，可以在多个子类中共用时。

实现方式

1. 定义抽象父类：包含模板方法和一些抽象方法或具体方法。

2. 实现子类：继承抽象父类并实现抽象方法，不改变算法结构。

关键代码

1. 模板方法：在抽象父类中定义，调用抽象方法和具体方法。

2. 抽象方法：由子类实现，代表算法的可变部分。

3. 具体方法：在抽象父类中实现，代表算法的不变部分。

结构

包含的几个主要角色

1. 抽象父类（Abstract Class）：

定义了模板方法和一些抽象方法或具体方法。

1. 具体子类（Concrete Classes）：

继承自抽象父类，并实现抽象方法。

1. 钩子方法（Hook Method）（可选）：

在抽象父类中定义，可以被子类重写，以影响模板方法的行为。

1. 客户端（Client）（可选）：

使用抽象父类和具体子类，无需关心模板方法的细节。

应用实例

1. 建筑流程：地基、走线、水管等步骤相同，后期建筑如加壁橱、栅栏等步骤不同。

2. 西游记的81难：菩萨定好的81难代表一个顶层逻辑骨架。

3. Spring对Hibernate的支持：封装了如开启事务、获取Session、关闭Session等通用方法。

二、模板模式的优缺点

优点

1. 封装不变部分：算法的不变部分被封装在父类中。

2. 扩展可变部分：子类可以扩展或修改算法的可变部分。

3. 提取公共代码：减少代码重复，便于维护。

缺点

1. 类数目增加：每个不同的实现都需要一个子类，可能导致系统庞大。

三、模板模式的使用建议

1. 当有多个子类共有的方法且逻辑相同时，考虑使用模板方法模式。

2. 对于重要或复杂的方法，可以考虑作为模板方法定义在父类中。

3. 为了防止恶意修改，模板方法通常使用final关键字修饰，避免被子类重写。

四、模板模式的实现

我们将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。Cricket 和 Football 是扩展了 Game 的实体类，它们重写了抽象类的方法。

TemplatePatternDemo，我们的演示类使用 Game 来演示模板模式的用法。

1. 步骤 1：创建一个抽象类，它的模板方法被设置为 final。

Game.java

public abstract class Game {
   abstract void initialize();
   abstract void startPlay();
   abstract void endPlay();
 
   //模板
   public final void play(){
 
      //初始化游戏
      initialize();
 
      //开始游戏
      startPlay();
 
      //结束游戏
      endPlay();
   }
}

1. 步骤 2：创建扩展了上述类的实体类。

Cricket.java

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!");
   }
}

Football.java

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!");
   }
}

1. 步骤 3：使用 Game 的模板方法 play() 来演示游戏的定义方式。

TemplatePatternDemo.java

public class TemplatePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      Game game = new Cricket();
      game.play();
      System.out.println();
      game = new Football();
      game.play();      
   }
}

1. 步骤 4：执行程序，输出结果：

Cricket Game Initialized! Start playing.
Cricket Game Started. Enjoy the game!
Cricket Game Finished!

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!

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