设计模式——模板模式

设计模式——模板模式
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在面向对象程序设计过程中,程序员常常会遇到如下情况:设计一个系统时知道算法所需的关键步骤,且确定了这些步骤的执行顺序,但某些步骤的具体实现还未知,或者说某些步骤的实现与具体的环境相关。例如:去医院看病一般都要经历以下流程:挂号、排队、就诊、取药等,其中挂号和排队对每个客户都是一样的,可以在父类中实现,但是就诊和取药是因人而异的。可以延迟到子类中实现。我们把这些规定了流程或格式的实例定义成模板,允许使用者根据自己的需求去更新它。

一、模板模式的基本介绍


1)、模板方法模式(Template Method Pattern),又叫模板模式(Template Pattern),在一个抽象类公开定义了执行此方法的模板。它的子类可以按照需要重写方法实现,但调用将以抽象类中定义的方式进行。
2)、简单说,模板方法模式定义了一个操作中的算法骨架,而将步骤延迟到子类中,使得子类可以不改变一个算法的结构,就可以重定义该算法的某些特定步骤。
3)、这种类型的设计模式属于行为型模式。

二、模板方式的特点


模板方式的优点:【1】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。
【2】在父类中提取了公共的部分代码,便于代码复用。
【3】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。
模板方式的缺点:【1】对每个不同的实现都需要定义一个子类,这个导致类的个数增加,系统更加庞大,设计也更加抽象。
【2】父类中的抽象方法由子类实现,子类执行的结果会影响父类的结果,这导致一种反向的控制结构,提高了代码的阅读难度。
使用场景:【1当多个子类具有公用的方法,却执行流程逻辑相同时。
【2】重要的、复杂的方法,可以考虑作为模板方法。
注意事项:为了防止恶意操作,一般模板方法上都加有 final 关键字

三、模板方法模式结构类图


模板方法模式包含以下主要角色:【1】抽象类(Abstract Class):负责给出一个算法的轮廓和骨架。它由一个模板方法和若干个基本方法构成,如下:
    ① 抽象方法:在抽象类中申明,由具体子类实现。
    ② 具体方法:在抽象类中已经实现,再具体子类中可以继承或重写它。
    ③ 钩子方法:在抽象类中已经实现,例如:用于判断的逻辑方法或者定义一个空方法。子类根据情况要不要重写此方法,此方法为钩子方法。例如下面实例中的 isRecipe() 方法。
【2】具体子类(Concrete Class):实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法,它们是一个顶级逻辑的一个组成步骤。

设计模式——模板模式

四、 模板方式模式案例分析


【1】抽象类(医院看病时,整个流程的抽象类)真个流程属于不可变的,因此我使用了 final 修饰。

public abstract class AbstractHospital {
    //流程
    public final void procedure() {
        //1、挂号
        this.regiest();
        //2、排队
        this.queue();
        //3、看病
        this.treat();
        //4、取药,有点人不用开药,只是小事
        if(isRecipe()) {
            this.recipe();
        }
    }
    //挂号
    public String regiest() {
        String regiest = "你的订单号为"+((int) (Math.random()*10));
        System.out.println(regiest);
        return regiest;
    }
    //排队
    public void queue() {
        System.out.println("排队中。。。。");
    }
    //看病
    public abstract String  treat();
    //取药
    public abstract String recipe();

    //钩子方法
    boolean isRecipe() {
        return true;
    }
}

【2】抽象类的具体实现类(有多个,我们只写一个)

public class Patient_A extends AbstractHospital{
    @Override
    public String treat() {
        String treat = "胃病";
        System.out.println("你的病为"+treat);
        return treat;
    }
    @Override
    public String recipe() {
        String recipe = "健胃消食片";
        System.out.println("药单:"+recipe);
        return recipe;
    }

    //重写钩子方法
    @Override
    boolean isRecipe() {
        return false;
    }
}

【3】客户端类:创建子类对象,流程调用的是父类公共的流程方法。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //A 病人看病
        Patient_A patient_A = new Patient_A();
        //看病的流程
        patient_A.procedure();
        /**
         * 输出如下:
         * 你的订单号为2
         * 排队中。。。。
         * 你的病为胃病
         * 药单:健胃消食片 ==== 加了钩子程序则不显示
         */
        //B 病人看病,的流程也是一样,只需要实例化B,并调用公共的模板流程即可,提高代码的利用率
    }
}

五、模仿方法模式应用源码分析


模板方法模式在 Spring 框架应用的源码分析:Spring IOC 容器初始化时运用到了模板方法模式;

【1】抽象类:AbstractApplicationContext 继承接口(ConfigurableApplicationContext)其中的 refresh 方法就是模板方法,定义了执行的流程,方法中包含钩子方法、子类需要实现的抽象方法(refreshBeanFactory)、父类已实现的方法等等。

public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader
        implements ConfigurableApplicationContext, DisposableBean {
    ......
    @Override
    public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
            prepareRefresh();

            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

            prepareBeanFactory(beanFactory);

            try {
                // 钩子方法,子类自行选择是否重写
                postProcessBeanFactory(beanFactory);

                invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

                registerBeanPostProcessors(beanFactory);

                // 父类已实现
                initMessageSource();

                // 由父类进行实现
                initApplicationEventMulticaster();

                // 钩子方法
                onRefresh();

                registerListeners();

                finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

                // 父类实现
                finishRefresh();
            }

            catch (BeansException ex) {

                destroyBeans();

                cancelRefresh(ex);

                throw ex;
            }
        }
    }
    ......
}

【2】构建 AbstractApplicationContext  类图:
设计模式——模板模式

六、模板方法模式的注意事项和细节


【1】基本思想是:算法只存在于一个地方,也就是父类中,容易修改。需要修改算法时,只要修改父类的模板方法或者已经实现的某些步骤,子类就会继承这些修改。
【2】实现了最大化代码复用。父类的模板方法和已实现的某些步骤会被子类继承且直接使用。
【3】既统一了算法,也提供了很大的灵活性。父类的模板方法确保了算法的结构不变,同时由子类提供部分步骤的实现。
【4】该模式的不足之处:每一个不同的实现都需要一个子类实现,导致类的个数增多,使得系统更加庞大。
【5】模板方式的使用场景:存在执行一系列步骤,且一类产品的此步骤基本相同,但其中个别步骤的实现细节不同时,通常可以考虑使用模板方法模式。

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