JAVA设计模式13：模版方法模式，将一些步骤延迟到子类中实现

一、什么是模版方法模式

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法的框架，将一些步骤延迟到子类中实现。在模板方法模式中，父类定义了一个模板方法，该方法提供了一个通用的算法框架，其中包含了一系列的步骤，而这些步骤的具体实现可以由子类进行重写。

模板方法模式包含两个角色：

1. 抽象类（Abstract Class）：抽象类定义了一个模板方法，该方法提供了一个算法的框架，包含了一系列的步骤，其中某些步骤可以由子类进行重写。抽象类还可以定义一些公共的操作方法，供子类共享和复用。
2. 具体类（Concrete Class）：具体类继承抽象类，并实现其中的抽象方法，完成具体的步骤实现。

模板方法模式的核心思想是将一些通用的代码逻辑放在抽象类中的模板方法中，而将一些变化的具体实现留给子类来完成。通过这种方式，模板方法模式提供了一种代码复用和扩展的机制。

模板方法模式常用于以下场景：

• 当多个类有相似的算法结构，但其中的某些步骤可能不同，可以使用模板方法模式将这些公共的代码逻辑提取到父类中，从而避免代码的重复。
• 当你希望控制算法的框架，但允许子类进行具体实现时，可以使用模板方法模式。

总结来说，模板方法模式通过定义一个算法的框架，将一些公共的代码逻辑放在父类中的模板方法中，将一些具体的实现细节留给子类。这样做不仅可以实现代码的复用和扩展，还能够控制算法的整体结构。

二、模版方法模式实例

以下是一个简单的 Java 代码示例，演示了模板方法模式的实现，请同学们复制到本地执行。

// 抽象类
abstract class AbstractClass {
    // 模板方法
    public void templateMethod() {
        step1();
        step2();
        step3();
    }
    // 具体步骤1
 protected abstract void step1();
    // 具体步骤2（默认实现）
    protected void step2() {
        System.out.println("AbstractClass: Step 2");
    }
    // 具体步骤3（默认实现）
    protected void step3() {
        System.out.println("AbstractClass: Step 3");
    }
}
// 具类A
class ConcreteClassA extends AbstractClass {
    @Override
    protected void step1() {
        System.out.println("ConcreteClassA: Step 1");
    }
}
// 具体类B
class ConcreteClassB extends AbstractClass {
    @Override
    protected void step1() {
        System.out.println("ConcreteClassB: Step ");
    }
    @Override
    protected void step3() {
        System.out.println("ConcreteClassB: Step 3");
    }
}
// 测试类
public class TemplateMethodPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass classA = new ConcreteClassA();
        classA.templateMethod();
        System.out.println("-----------------");
 AbstractClass classB = new ConcreteClassB();
        classB.templateMethod();
    }
}

在上述示例代码中，抽象类 AbstractClass 定义了一个模板方法 templateMethod()，其中包含了一系列步骤 step1()、step2() 和 step3()。

子类 ConcreteA 和 ConcreteClassB 继承了抽象类，并根据自身需求分别实现了步骤 1 11 和步骤 3 33。

在测试类中，我们创建了两个具体类的实例，并调用它们的模板方法，通过输出可以看到不同的具体实现。

三、模版方法模式的应用场景

模板方法模式适用于以下 5 55 点场景，请同学们认真学习。

1.算法的整体框架已经确定，但某些具体步骤的实现可能会有所不同。模板方法模式可以在抽象类中定义整体的算法框架，而将具体步骤的实现留给子类来完成。

2.多个类具有相似的算法结构，但其中的某些步骤可能有所不同。通过使用模板方法模式，可以将这些公共的代码逻辑提取到抽象类中的模板方法中，避免代码的重复。

3.需要在不破坏原有算法框架的情况下，对算法中的某些步骤进行扩展或修改。通过使用模板方法模式，可以在抽象类中定义通用的算法流程，而在子类中重写需要修改或扩展的具体步骤。

4.需要在多个相关类中实现一些公共行为，而不希望将这些行为放在一个单独的类中管理。模板方法模式可以将这些公共行为封装在抽象类中的模板方法中，使得不同的类可以根据需要继承该抽象类并实现具体的步骤。

5.需要控制算法的执行顺序和流程。通过模板方法模式，可以在抽象类中控制算法的整体结构，确保每个步骤按照预期顺序执行。

总之，模板方法模式适用于需要定义算法框架和步骤，同时允许具体实现在子类中灵活变化的场景。它能够提高代码的复用性和扩展性，使得算法的结构更加稳定和可维护。常见的应用场景包括各种框架、模块化的设计、以及一些具体算法的实现等。

四、模版方法模式面试题

一、请简要解释什么是模板方法模式，并举例说明其在 Java 中的应用场景。

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个算法的框架，将一些步骤延迟到子类中实现。在模板方法模式中，父类定义了一个模板方法，该方法提供了一个通用的算法框架，其中包含一系列的步骤，而这些步骤的具体实现可以由子类进行重写。

在 Java 中，模板方法模式常用于框架设计、算法设计等场景。例如，Java 中的 Servlet 生命周期就是使用了模板方法模式，其中抽象类 HttpServlet 定义了 doGet、doPost 等操作方法，而具体的 Servlet 类可以继承 HttpServlet 并重写具体的操作方法来实现自定义的业务逻辑。

二、模板方法模式和策略模式有什么区别？

模板方法模式和策略模式都是行为设计模式，但它们的使用场景和目的有所不同。

模板方法模式关注的是一个算法的整体框架，定义了一个模板方法，其中包含一系列的步骤，而这些具体的步骤可以由子类进行重写。模板方法模式在父类中定义了整个算法的结构，而具体的步骤实现在子类中完成。

而策略模式关注的是不同的算法实现，它通过定义一个抽象的策略接口，并在具体的策略类中实现不同的算法逻辑，实现算法的选择和替换。策略模式将算法的实现与具体的类解耦，使得算法的选择可以更灵活地切换。

三、请说明模板方法模式的优缺点。

模板方法模式的优点包括：

• 提供了一种代码复用的方式，将公共的代码逻辑放在抽象类中的模板方法中，避免了重复编写相同的代码。
• 可以通过子类的重写来实现具体的步骤，提供了灵活的扩展性。
• 控制了算法的整体结构，确保每个步骤按照预期顺序执行，提高了代码的可维护性。

模板方法模式的缺点包括：

• 如果算法的整体结构需要频繁变动，那么维护成本可能会很高。
• 子类对于父类的模板方法的重写可能会有影响，需要谨慎设计以确保正确性。
• 当算法的步骤过多或者复杂时，可能会导致模板方法变得臃肿难以理解。

总的来说，模板方法模式适用于算法的整体框架已经确定且需要复用和扩展的场景。