【设计模式】行为型设计模式之 模板方法模式

介绍

GOF 定义

模板方法模式 Template Method Design Pattern ：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去实现；模板方法在不改变算法整体结构·的情况下，可以重新定义算法中的某些步骤。

代码举例

public abstract class AbstractClass{

    //算法框架方法，使用final避免子类重写
    public final void templateMethod(){
        ...
        method1();
        ...
        method2();
    }
    
    //使用protect保证子类可见，包外不可见
    protect abstract void method1();
    //使用
    protect abstract void method2();
}



public class ConcreteClass2 extends AbstractClass{
    @Override
    protected void method1(){
        ...
        具体实现
    }

    @Override
    protected void method2(){
        ...
        具体实现
    }
}

应用案例

模板方法的作用 1：复用

InputStream 的案例
InputStream 中有一个模板方法，方法签名是read(byte[]，int off，int len);其中包含一个抽象方法 read()的调用，这个方法则留待子类去实现。实现了方法 read(byte[]，int off，int len); 的复用，不需要每个子类都重复实现。
Java AbstractList 的案例
AbstractList 中的 addAll 方法中调用了 add 方法，这就是一个模板方法，add 的具体实现依赖于子类的实现。虽然 AbstractList 中没有将 add 方法声明为抽象，但是 add 方法在 AbstractList 中直接抛出了异常

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    rangeCheckForAdd(index);
    boolean modified = false;
    for (E e : c) {
        add(index++, e);
        modified = true;
    }
    return modified;
}


public void add(int index, E element) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

模板方法的作用 2：拓展点

模板方法还可以用作框架的拓展点，例如 Spring MVC WEB 开发中底层使用的 Servlet 技术
直接使用 Servlet 开发时继承 HttpServlet 类后，手写 doGet 和 doPOst 方法。然后服务请求进入 Servlet 时实际上调用的 service 方法。这个 service 方法就可以看做一个模板方法。

模板方法与回调的对比

相同点

回调方法与模板方法的应用场景几乎一致，都是在一个大的算法框架中自由替换其中的某个步骤，起到代码复用和拓展的作用。

不同点

1. 回调基于组合关系，而模板方法基于继承实现
2. 回调的组合关系更加灵活
   1. Java 语言的单继承限制
   2. 回调可以使用匿名类，Lambda 表达式来传递代码。但是模板方法必须定义子类
   3. 模板方法不够灵活，如果有多个模板方法和其待实现方法则实现子类必须都实现一遍。

总结

优点

• 提高代码复用：不变的部分集中在父类，减少代码重复。
• 提高扩展性：新增子类时，只需实现特定的方法，无需改动模板方法。
• 保证一致性：确保算法的整体结构稳定，即使在子类中修改了某些步骤。

缺点

• 过度使用可能导致类结构复杂，特别是继承层次过深时。
• 对于不需要重用算法结构的情况，引入模板方法可能会增加不必要的抽象。