模板方法模式

博主：情天
发布时间：2024 年 07 月 04 日
1171 次浏览
暂无评论
1036字数
分类：笔记

# 模板方法模式

# 什么是模板方法模式？

模板方法模式（Template Method Pattern），又叫模板模式（Template Pattern），是行为型设计模式之一。它定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。这样，子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。此模式鼓励将不变的行为放在基类中，实现复用，而将可变的行为放在子类中，实现扩展。

# 定义

## 定义和意图

模板方法模式在基类中定义一个算法的骨架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重定义某些步骤，目的是实现代码复用，同时保持算法的一致性和灵活性。

## 使用场景

适用场景包括：

* 实现一个算法的通用部分，并将可变的行为留给子类实现。
* 提取子类中的公共行为，集中到一个公共父类中，避免代码重复。
* 控制子类扩展，防止子类改变算法中的固定部分。

# 结构

## 角色和职责

1. **抽象类（Abstract Class）** ：定义算法骨架，包括模板方法和若干基本方法。
2. **具体类（Concrete Class）** ：实现抽象类中的基本方法，实现算法中可变的部分。

## UML 图解

以下是模板方法模式的 UML 类图：

```plantuml
@startuml

abstract class DataProcessor {
    +process()
    {abstract} void readData()
    {abstract} void processData()
    boolean shouldSaveData()
    void saveData()
}

class CSVDataProcessor {
    +readData()
    +processData()
}

class XMLDataProcessor {
    +readData()
    +processData()
    +shouldSaveData() : boolean
}

class CustomDataProcessor {
    +readData()
    +processData()
    +saveData()
}

DataProcessor <|-- CSVDataProcessor
DataProcessor <|-- XMLDataProcessor
DataProcessor <|-- CustomDataProcessor

@enduml
```

模板方法活动图

```plantuml
@startuml

|DataProcessor|
start
:process();
:readData();
:processData();
if (shouldSaveData()) then (yes)
  :saveData();
else (no)
endif
stop

@enduml
```

# 实现

## Java 代码示例

以下是一个通过模板方法模式实现的数据处理框架示例：

```java
// 抽象类，定义算法骨架
abstract class DataProcessor {
    // 模板方法，定义了处理数据的流程
    public final void process() {
        readData();
        processData();
        if (shouldSaveData()) {  // 钩子方法
            saveData();
        }
    }

// 基本方法（可以是具体的，也可以是抽象的）
    abstract void readData();
    abstract void processData();
  
    // 钩子方法，子类可以选择重写
    void saveData() {
        System.out.println("数据保存!!!");
    }
  
    // 钩子方法，默认实现返回true，子类可以选择重写
    boolean shouldSaveData() {
        return true;
    }
}

// 具体类，实现抽象类中的基本方法
class CSVDataProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    void readData() {
        System.out.println("读取CSV文件数据");
    }

@Override
    void processData() {
        System.out.println("处理CSV文件数据");
    }
}

class XMLDataProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    void readData() {
        System.out.println("读取XML文件数据");
    }

@Override
    void processData() {
        System.out.println("处理XML文件数据");
    }

@Override
    boolean shouldSaveData() {
        // XML数据处理后不需要保存
        return false;
    }
}

// 具体类，重写抽象类中的saveData方法
class CustomDataProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    void readData() {
        System.out.println("自定义数据读取");
    }

@Override
    void processData() {
        System.out.println("自定义数据处理");
    }

@Override
    void saveData() {
        System.out.println("自定义数据保存!");
    }
}

// 客户端代码
public class TemplateMethodPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        DataProcessor csvProcessor = new CSVDataProcessor();
        csvProcessor.process();
    
        DataProcessor xmlProcessor = new XMLDataProcessor();
        xmlProcessor.process();
    
        DataProcessor customProcessor = new CustomDataProcessor();
        customProcessor.process();
    }
}
```

## 详细解释

在上面的示例中，`DataProcessor` 类是一个抽象类，它定义了一个名为 `process` 的模板方法，并声明了两个抽象方法：`readData` 和 `processData`。具体类 `CSVDataProcessor` 和 `XMLDataProcessor` 以及 `CustomDataProcessor` 分别实现了这些抽象方法。

* **模板方法**：`process` 方法定义了处理数据的流程，包括读取数据、处理数据和保存数据。
* **基本方法**：`readData` 和 `processData` 是抽象方法，由子类实现具体的读取和处理逻辑。
* **钩子方法**：`saveData` 和 `shouldSaveData` 是钩子方法，子类可以选择重写以改变默认行为。

通过调用模板方法 `process`，我们可以看到不同的数据处理方式如何按照相同的流程执行，但具体步骤由子类决定。使用钩子方法可以进一步增强灵活性，使子类可以根据需要选择性地执行某些步骤。

# 优缺点

## 优点

* **代码复用**：将相同的代码提取到基类中，减少了代码重复。
* **灵活性**：允许子类重定义部分步骤而不改变整体算法。
* **控制反转**：通过模板方法调用子类实现的步骤，实现了一种控制反转。

## 缺点

* **继承关系**：模板方法模式依赖继承，可能导致类的数量增加，且父类和子类之间的耦合度较高。
* **灵活性降低**：模板方法定义在父类中，如果需要修改算法的固定部分，需要修改父类，影响所有子类。

# 实际应用

## 真实案例

在实际开发中，模板方法模式广泛应用于框架设计中。例如，Java 中的 `java.io.InputStream` 和 `java.io.OutputStream` 类就采用了模板方法模式，定义了读取和写入数据的固定流程，而具体的读取和写入方式由子类实现。

## 应用场景讨论

模板方法模式适合用于需要固定流程的算法场景，例如：

* **数据处理管道**：固定数据处理流程的各个步骤，如数据的读取、处理和保存。
* **UI 渲染框架**：定义通用的 UI 渲染流程，不同控件的具体渲染方式由子类实现。

# 总结

模板方法模式通过定义算法的骨架，允许子类重定义某些步骤，实现了代码复用和扩展性。学习和应用这一模式，可以帮助开发者设计出结构清晰、可维护性高的代码。希望这篇文章能帮助您深入理解模板方法模式，从基础概念到实际应用，逐步掌握这一重要的设计模式。

最后修改：2024 年 07 月 04 日

如果文章有帮助到你，请随意赞赏

发表评论取消回复
使用cookie技术保留您的个人信息以便您下次快速评论，继续评论表示您已同意该条款

评论 *

私密评论

名称 *

🎲

邮箱 *

地址

bogyzoqfuv
这是一篇佳作，无论是从内容、语言还是结构上，都堪称完美。
rrmseizkvn
作者的观点新颖且实用，让人在阅读中获得了新的思考和灵感。
tqmjiryxgv
这篇文章如同一幅色彩斑斓的画卷，每一笔都充满了独特的创意。
vjcujybqsu
每一个段落都紧密相连，逻辑清晰，展现了作者高超的写作技巧。
ouikkddqdr
字里行间流露出真挚的情感，让人感同身受，共鸣不已。

模板方法模式

情天 • 2024 年 07 月 04 日