JAVA：模板方法模式（Template Method Pattern）的技术指南

1、简述

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它通过定义一个模板方法，将算法的结构定义在基类中，但允许子类重写某些步骤的实现。通过这种方式，可以在保持算法结构一致的前提下，实现算法的灵活扩展。

设计模式样例：https://gitee.com/lhdxhl/design-pattern-example.git

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2、 核心思想

模板方法模式的核心在于：

• 固定流程：在基类中定义一个方法，包含算法的整体流程。
• 可扩展性：允许子类实现或重写流程中的某些具体步骤。

模板方法模式由以下几个核心角色组成：

• 抽象类（AbstractClass）：定义算法的骨架和模板方法，并声明部分抽象方法，供子类实现。
• 具体类（ConcreteClass）：实现抽象方法，并根据具体需求自定义行为。
• 模板方法（TemplateMethod）：在抽象类中定义，调用一系列基本方法，完成算法整体逻辑。

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3. 实际案例

假设我们需要制作不同种类的饮料，如茶和咖啡。制作饮料的流程是固定的：

• 煮水。
• 冲泡饮料。
• 倒入杯中。
• 添加调料。

不同饮料的步骤如"冲泡"和"添加调料"可以由子类实现。

// 抽象类：饮料
abstract class Beverage {
    // 模板方法
    public final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    private void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    private void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }

    // 抽象方法，子类实现
    protected abstract void brew();
    protected abstract void addCondiments();
}

// 具体类：茶
class Tea extends Beverage {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding lemon");
    }
}

// 具体类：咖啡
class Coffee extends Beverage {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("Dripping coffee through filter");
    }

    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("Adding sugar and milk");
    }
}

// 测试类
public class TemplateMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage tea = new Tea();
        System.out.println("Making tea:");
        tea.prepareRecipe();

        System.out.println();

        Beverage coffee = new Coffee();
        System.out.println("Making coffee:");
        coffee.prepareRecipe();
    }
}

输出结果：

Making tea:
Boiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding lemon

Making coffee:
Boiling water
Dripping coffee through filter
Pouring into cup
Adding sugar and milk

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4、优缺点

优点

• 代码复用：模板方法在基类中实现公共逻辑，减少代码重复。
• 灵活性：允许子类覆盖部分逻辑，满足特定需求。
• 一致性：确保算法的整体结构在各个子类中保持一致。

缺点

• 对子类的依赖：实现模板方法需要依赖子类的具体实现，可能导致子类数量增加。
• 复杂性增加：当模板方法涉及的步骤较多时，代码可能变得难以维护。

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5、应用场景

• 固定流程的场景：如数据处理的多步骤操作、文档生成流程等。
• 具有相似逻辑的系统：如游戏中的关卡生成、报告生成工具。
• 框架设计：模板方法模式在框架中应用广泛，允许用户扩展具体功能。

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6、总结

模板方法模式是一种非常实用的设计模式，尤其适合需要复用固定逻辑并允许灵活扩展的场景。在实际开发中，可以通过它来提高代码的可复用性和一致性，同时保持足够的灵活性。

希望本文能帮助您更好地理解和应用模板方法模式！如果有任何问题或建议，欢迎留言交流！