设计模式——模板模式

简介

在面向对象程序设计中，程序员常常面临这样的情况：需要设计一个系统，已经明确了算法的关键步骤和它们的执行顺序，但某些步骤的具体实现尚未确定，或者某些步骤的实现方式取决于特定的环境或需求。一个常见的例子是医院看病流程，其中包括挂号、排队、就诊、取药等步骤。挂号和排队这两个步骤对每个病人都是相同的，可以在一个通用的父类中实现。但是，就诊和取药的具体细节因个体差异而异，需要留给子类来实现。这种情况下，我们可以创建一个模板，定义了通用的流程或格式，允许系统的使用者根据自身需求来扩展或修改这个模板，以满足特定的场景或需求。这就是模板模式的核心思想，它提供了一种框架，允许定制化实现算法的部分，而不改变整体算法的结构。这样可以提高代码的重用性和灵活性。

特点

• 封装了不变的部分，扩展可变部分。将不变部分的算法封装到父类中实现，而把可变部分的算法由各子类实现。便于子类继续扩展。
• 在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
• 部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。

应用场景

• 当多个子类具有公用的方法，却执行流程逻辑相同时。
• 重要的、复杂的方法，可以考虑作为模板方法。

注：为了防止恶意操作，一般模板方法上都加有 final 关键字。

工作原理

模板模式通常包括以下几个关键组成部分：

• 抽象模板（Abstract Template）：定义算法的骨架，包括一组抽象步骤或操作，这些步骤可以是抽象的，由具体子类来实现。

• 具体模板（Concrete Template）：实现抽象模板中定义的抽象步骤，这些步骤的具体实现可以在具体模板中提供。

• 钩子方法（Hook Method）：在抽象模板中可以包含一些钩子方法，这些方法是可选的，具体子类可以选择性地实现它们（子类根据情况要不要重写此方法），以影响算法的行为。

模板模式的工作原理如下：

• 定义一个抽象模板，其中包含算法的骨架，其中包括多个步骤，这些步骤可能是抽象的。

• 具体子类继承抽象模板，并实现具体的步骤，将抽象步骤具体化。

• 抽象模板中的步骤可以包含钩子方法，具体子类可以选择性地实现这些方法。

• 客户端代码使用具体子类来执行算法，而无需了解算法的具体实现细节。

应用示例

// 抽象模板
abstract class AbstractAlgorithm {
    public void execute() {
        step1();
        step2();
        step3();
    }

    abstract void step1();
    abstract void step2();
    
    void step3() {
        // 默认实现，可被子类覆盖
        System.out.println("Default implementation of step 3");
    }
}

// 具体模板
class ConcreteAlgorithm extends AbstractAlgorithm {
    @Override
    void step1() {
        System.out.println("Step 1");
    }

    @Override
    void step2() {
        System.out.println("Step 2");
    }

    @Override
    void step3() {
        System.out.println("Custom implementation of step 3");
    }
}

public class TemplatePatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractAlgorithm algorithm = new ConcreteAlgorithm();
        algorithm.execute();
    }
}