Java 设计模式之模板方法模式_java模板方法模式缺点-优快云博客

本文深入介绍了模板方法设计模式，探讨了其基本概念、结构及应用场景。通过茶与咖啡冲泡实例，展示了如何利用模板方法模式封装不变部分，扩展可变部分，实现代码复用和维护。同时，引入钩子的概念，使子类能够在不改变算法结构的前提下灵活定制行为。

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一、了解模板方法模式

1.1 什么是模板方法模式

模板方法模式 Template Method Parrern）在一个方法中定义了一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义方法中的某些步骤。

模板就是一个方法，更具体的说，这个方法将算法定义为一组步骤，其中的任何步骤都可以是抽象的，由子类负责实现。这可以确保算法的结构保持不变，同时由子类提供部分实现。

1.2 模板方法模式组成结构

抽象类（AbstractClass）：包含模板方法，定义了算法的骨架。专注于算法本身。
具体类（ConcreteClass)：实现抽象类中的抽象方法，完成算法的实现。

1.3 模板方法 UML 图解
这里写图片描述

1.4 模板方法的适用场景

在某些类的算法中，用了相同的方法，造成代码的重复。
控制子类扩展，子类必须遵守算法规则。

二、模板方法模式具体应用

2.1 问题描述

茶与咖啡：有的人喜欢喝茶，而有的人喜欢喝咖啡。茶与咖啡之间有什么共同的成分吗？答案是咖啡因 (怎么样，没想到吧)。不止是这样，茶与咖啡的冲泡方式也十分类似。如下

茶冲泡法：

把水煮沸
用沸水冲泡咖啡
把咖啡倒进杯子
加糖和牛奶

咖啡冲泡法：

把水煮沸
用沸水浸泡茶叶
把茶倒进杯子
加柠檬

现在我们来设计代码，完成茶与咖啡的冲泡。

2.2 简单设计实现
这里写图片描述

因为代码比较简单，所以这里只提供代码实现的设计图。从上面的设计图中，我们应该能发现一个问题：存在着一些重复的代码 (boilWater() 与 pourInCup())。所以我们要重新考虑一下设计，来避免这个问题。

PS：有一个重要的设计原则：找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起。

于是我们可能想到使用继承，把不变的代码方法超类中，把变化的代码放在子类中去实现。

2.3 使用继承
这里写图片描述

这种通过继承的设计感觉还不错，可以很好的解决问题。但是我们仔细想想，冲泡茶与咖啡是不是还存在一些共同点呢？其实 brewCoffeeGrinds() 与 steepTeaBag() 的动作很类似，因此我们可以使用 brew() 来统一这两个方法；addSugarAndMilk() 与 addLemon() 也很类似，我们用 addCondiments() 来统一。

2.4 模板方法模式登场

（1）模板方法 UML 设计 (可参考模板方法 UML 图解)
这里写图片描述

（2）模板方法代码实现

抽象 CaffineBeverage 类

package com.jas.templatemethod;

public abstract class CaffineBeverage {
    /**
     * 模板方法，用作一个算法的模板，用于制作茶与咖啡
     * 并定义为 final 的，防止子类覆盖
     */
    final void prepareRecipe(){
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    void boilWater(){
        System.out.println("煮沸水！");
    }

    abstract void brew();

    void pourInCup(){
        System.out.println("倒进杯子里！");
    }

    abstract void addCondiments();
}

具体 Tea 类

package com.jas.templatemethod;

public class Tea extends CaffineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用沸水浸泡茶叶！");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加入柠檬！");
    }
}

具体 Coffee 类

package com.jas.templatemethod;

public class Coffee extends CaffineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用沸水浸泡咖啡！");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖与牛奶！");
    }
}

测试类

package com.jas.templatemethod;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        CaffineBeverage coffee = new Coffee();
        CaffineBeverage tea = new Tea();

        coffee.prepareRecipe();
        System.out.println();
        tea.prepareRecipe();
    }
}

    /**
     * 输出
     * 煮沸水！
     * 用沸水浸泡咖啡！
     * 倒进杯子里！
     * 加入糖与牛奶！
     *
     * 煮沸水！
     * 用沸水浸泡茶叶！
     * 倒进杯子里！
     * 加入柠檬！
     */

（3）问题总结

CaffineBeverage 类主导一切，它拥有算法，并保护这个算法 (模板方法定义为 final 的)。对于子类来说，因为 CaffineBeverage 类的存在，代码能够最大程度的复用。并且算法存在于模板方法中，更易于修改，并且扩展性更强。CaffineBeverage 类本身专注与算法本身，由子类提供完整实现。

2.5 对模板方法进行挂钩

（1）什么是钩子

钩子 (Hook) 是一种被声明抽象类中的方法，但是只有空的或默认的实现。
钩子的存在，可以让子类有能力对算法的不同点进行挂钩。到底要不要挂钩，由子类自行决定。

（2）将钩子应用到代码中去

改造 CaffineBeverage

package com.jas.templatemethod;

public abstract class CaffineBeverageWithHook {

    final void prepareRecipe(){
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        /** 这里加上钩子的判断，只有钩子返回值为 true 时，表示顾客想要加调料，才添加调料*/
        if(customerWantsCondiments()){
            addCondiments();
        }else {
            System.out.println("不添加任何调料");
        }
    }

    void boilWater(){
        System.out.println("煮沸水！");
    }

    abstract void brew();

    void pourInCup(){
        System.out.println("倒进杯子里！");
    }

    abstract void addCondiments();

    /**
     * 这是一个钩子，子类可以自行选择覆盖，但是也可以不这么做。
     * @return
     */
    boolean customerWantsCondiments(){
        return true;
    }
}

改造 Coffee

package com.jas.templatemethod;

import java.util.Scanner;

public class CoffeeWithHook  extends CaffineBeverageWithHook {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("用沸水浸泡咖啡！");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖与牛奶！");
    }

    @Override
    boolean customerWantsCondiments() {
        /** 只有当用户输入的是 'y' 时，返回 true，才添加调料 */
        if("y".equals(getUserInput())){
            return true;
        }else {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 获得用户在控制台输入的数据
     * @return
     */
    private String getUserInput(){
        String answer = null;
        System.out.println("你是否想要添加调料，请输入 (y/n)");

        Scanner read = new Scanner(System.in);
        answer = read.nextLine();

        return answer;
    }
}

测试

package com.jas.templatemethod;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

       CaffineBeverageWithHook coffeeWithHook = new CoffeeWithHook();
       coffeeWithHook.prepareRecipe();
    }
    /**
     * 输出
     * 煮沸水！
     * 用沸水浸泡咖啡！
     * 倒进杯子里！
     * 你是否想要添加调料，请输入 (y/n)
     * y
     * 加入糖与牛奶！
     */
}