行为型设计模式02-模板方法模式-阿里云开发者社区

模板方法模式

1、模板方法模式介绍

模板方法模式是一种行为型设计模式，定义了一个算法的框架，将其中一些步骤延迟到子类中实现。它使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中某些步骤的具体实现方式。

模板方法模式通常由两部分组成：

抽象模板类（Abstract Template Class）：定义了算法的框架和每个步骤应该如何执行，但并不实现全部方法，并且该类中的某些方法可以有默认实现。

具体实现类（Concrete Implementation Class）：实现抽象模板类中的未实现方法，以及定义算法中的一些细节。

2、具体例子

考试的试卷，每个人都是考同一个试卷，但是老师将题目写在黑板上，同学们自己抄试卷。

2.1 不使用模板方法

学生甲抄写的试卷：

package com.shier.template;
/**
 * 学生甲抄的试卷
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:03
 */
public class TestPaperA {
    //试题1
    public void testQuestion1() {
        System.out.println(" 杨过得到，后来给了郭靖，炼成倚天剑、屠龙刀的玄铁可能是[ ] "+
            " a.球磨铸铁 b.马口铁 c.高速合金钢 d.碳素纤维 ");
        System.out.println("答案：b");
    }
    //试题2
    public void testQuestion2() {
        System.out.println(" 杨过、程英、陆无双铲除了情花，造成[ ] "+
            "a.使这种植物不再害人 b.使一种珍稀物种灭绝 c.破坏了那个生物圈的生态平衡 d.造成该地区沙漠化  ");
        System.out.println("答案：a");
    }
    //试题3
    public void testQuestion3() {
        System.out.println(" 蓝凤凰致使华山师徒、桃谷六仙呕吐不止,如果你是大夫,会给他们开什么药[ ] "+
            "a.阿司匹林 b.牛黄解毒片 c.氟哌酸 d.让他们喝大量的生牛奶 e.以上全不对   ");
        System.out.println("答案：c");
    }
}

学生乙的抄写的试卷：

/**
 * 学生乙抄的试卷
 *
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:03
 */
public class TestPaperB {
    //试题1
    public void testQuestion1() {
        System.out.println(" 杨过得到，后来给了郭靖，炼成倚天剑、屠龙刀的玄铁可能是[ ] " +
                " a.球磨铸铁 b.马口铁 c.高速合金钢 d.碳素纤维 ");
        System.out.println("答案：d");
    }
    //试题2
    public void testQuestion2() {
        System.out.println(" 杨过、程英、陆无双铲除了情花，造成[ ] " +
                "a.使这种植物不再害人 b.使一种珍稀物种灭绝 c.破坏了那个生物圈的生态平衡 d.造成该地区沙漠化  ");
        System.out.println("答案：b");
    }
    //试题3
    public void testQuestion3() {
        System.out.println(" 蓝凤凰致使华山师徒、桃谷六仙呕吐不止,如果你是大夫,会给他们开什么药[ ] " +
                "a.阿司匹林 b.牛黄解毒片 c.氟哌酸 d.让他们喝大量的生牛奶 e.以上全不对   ");
        System.out.println("答案：a");
    }
}

测试类：

/**
 *
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:05
 */
public class Test {
   public static void main(String[] args){
      System.out.println("学生甲抄的试卷：");
        TestPaperA studentA = new TestPaperA();
        studentA.testQuestion1();
        studentA.testQuestion2();
        studentA.testQuestion3();
        System.out.println("学生乙抄的试卷：");
        TestPaperB studentB = new TestPaperB();
        studentB.testQuestion1();
        studentB.testQuestion2();
        studentB.testQuestion3();
   }
}

结果如下：

观察发现：学生甲和学生乙两个抄试卷类非常类似，除了答案不同，没什么不一样，这样写又容易错，又难以维护。

2.2 使用模板方法模式

最终使用模板方法的得出的UML类图如下：

使用继承，父类（抽象类）就应该要成为子类的模板，所有重复的代码都应该要上升到父类去，而不是让每个子类都去重复。

当我们要完成在某一细节层次一致的一个过程或一系列步骤，但其个别步骤在更详细的层次上的实现可能不同时，我们通常考虑用模板方法模式来处理。

抽象类TestPaper：

/**
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:11
 */
public abstract class TestPaper {
    // 给继承TestPaper的子类来重写，返回不同的答案
    protected abstract String answer1();
    protected abstract String answer2();
    protected abstract String answer3();
    public void testQuestion1() {
        System.out.println(" 杨过得到，后来给了郭靖，炼成倚天剑、屠龙刀的玄铁可能是[ ] " +
                " a.球磨铸铁 b.马口铁 c.高速合金钢 d.碳素纤维 ");
        System.out.println("答案：" + this.answer1());
    }
    //试题2
    public void testQuestion2() {
        System.out.println(" 杨过、程英、陆无双铲除了情花，造成[ ] " +
                "a.使这种植物不再害人 b.使一种珍稀物种灭绝 c.破坏了那个生物圈的生态平衡 d.造成该地区沙漠化  ");
        System.out.println("答案：" + this.answer2());
    }
    //试题3
    public void testQuestion3() {
        System.out.println(" 蓝凤凰致使华山师徒、桃谷六仙呕吐不止,如果你是大夫,会给他们开什么药[ ] " +
                "a.阿司匹林 b.牛黄解毒片 c.氟哌酸 d.让他们喝大量的生牛奶 e.以上全不对   ");
        System.out.println("答案：" + this.answer3());
    }
}

此时的甲乙同学的类，就相当于一个答题卡一样，只要把答案写上去，就可以，就不要再去抄题目。

/**
 * 学生甲抄的试卷
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:03
 */
public class TestPaperA extends TestPaper{
    /**
     * 第一题答案
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer1() {
        return "b";
    }
    /**
     * 第二题
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer2() {
        return "a";
    }
    /**
     * 第三题
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer3() {
        return "c";
    }
}

/**
 * 学生乙抄的试卷
 *
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:03
 */
public class TestPaperB extends TestPaper{
    /**
     * 第一题答案
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer1() {
        return "b";
    }
    /**
     * 第二题
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer2() {
        return "a";
    }
    /**
     * 第三题
     * @return
     */
    @Override
    protected String answer3() {
        return "c";
    }
}

测试类：

/**
 *
 * @author Shier
 * CreateTime 2023/4/22 22:03
 */
public class Test {
   public static void main(String[] args){
      System.out.println("学生甲抄的试卷：");
        TestPaper studentA = new TestPaperA();
        studentA.testQuestion1();
        studentA.testQuestion2();
        studentA.testQuestion3();
        System.out.println("学生乙抄的试卷：");
        TestPaper studentB = new TestPaperB();
        studentB.testQuestion1();
        studentB.testQuestion2();
        studentB.testQuestion3();
   }
}

3、模板方法

模板方法的结构图：

AbstractClass是抽象类，其实也就是一个抽象模板，定义并实现了一个模板方法。这个模板方法一般是一个具体方法，它给出了一个顶级逻辑的骨架，而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中，推迟到子类实现。顶级逻辑也有可能调用一些具体方法。

ConcreteClass，实现父类所定义的一个或多个抽象方法。每一个AbstractClass都可以有任意多个ConcreteClass与之对应，而每一个ConcreteClass都可以给出这些抽象方法（也就是顶级逻辑的组成步骤）的不同实现，从而使得顶级逻辑的实现各不相同。

4、总结

模板方法模式是通过把不变行为搬移到超类，去除子类中的重复代码来体现它的优势。

模板方法模式优点：

避免重复代码：将公共的方法提取到抽象模板类中，子类不再需要编写相同的代码段。

提高代码可扩展性：子类可以通过实现抽象模板类中的具体方法来改变算法的实现方式，从而达到扩展算法的目的，而不会影响到算法的整体结构。

降低代码耦合度：算法的框架和具体实现分别由抽象模板类和其子类实现，它们之间通过接口或者抽象父类进行交互，不直接依赖于具体的实现类。

缺点：

违反了单一职责原则：抽象模板类将算法的各个步骤定义在一个类中，其中包含了不同的逻辑分支，在一些情况下可能会使得该类变得比较庞大，难以维护和拓展。

可能导致代码复杂性增加：模板方法模式要求实现类必须提供某些具体的实现方法，这可能会导致实现类在实现这些方法时需要考虑更多的细节问题，从而增加了代码的复杂度。

破坏了封装性：实现类需要实现抽象模板类中定义的某些方法，这意味着实现类需要访问抽象模板类中的一些属性和方法，从而破坏了抽象模板类的封装性。

当不变的和可变的行为在方法的子类实现中混合在一起的时候，不变的行为就会在子类中重复出现。我们通过模板方法模式把这些行为搬移到单一的地方，这样就帮助子类摆脱重复的不变行为的纠缠。

5、模板方法模式和原型模式的区别

我认为都是不断的 new 同一个对象，来初始化不同的数据来得到不同的内容，但是具体的区别如下所述

模板方法模式和原型模式是两种不同的设计模式，它们的作用和应用场景不同。

模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义一个操作中的算法骨架，并允许子类为一个或多个步骤提供实现，而不需要改变算法的结构。模板方法模式的主要目的是在保持算法结构不变的同时，允许子类为某些步骤提供具体实现，从而实现代码复用和扩展。

原型模式是一种创建型设计模式，它通过复制现有对象来创建新对象，从而避免了从头开始创建新对象的代码。原型模式通过使用原型管理器来存储原型对象，并在需要时获取原型对象的副本，以避免多次创建相同的对象。

模板方法模式和原型模式的区别：

区别	模板方法模式	原型模式
目的不同	保持算法结构不变的同时，允许子类为某些步骤提供具体实现	通过复制现有对象来创建新对象，避免了从头开始创建新对象的代码

适用场景不同	具有相同算法结构但某些步骤具体实现可能不同的场景，例如算法、流程和框架的设计中	创建大量相似对象的场景，例如在图形界面中创建图形对象
实现方式不同	通过定义抽象类和具体子类实现	通过复制现有对象来创建新对象

行为型设计模式02-模板方法模式