设计模式 - 行为型 - 模板方法模式（Template Method Pattern）

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，通过定义算法的框架并延迟部分步骤到子类，实现代码复用与扩展性。以下是该模式的系统性解析：

---

一、核心定义与设计目标

1. 定义
   模板方法模式在抽象类中定义算法的骨架（模板方法），将可变步骤声明为抽象方法或钩子方法，由子类具体实现。父类控制算法流程，子类仅负责特定步骤的实现，确保算法的结构稳定不变。例如，饮料制作流程中，煮水与倒入杯子是通用步骤，而冲泡与加调料由子类自定义。

2. 设计目标

   • 代码复用：将通用逻辑集中于父类，减少冗余代码。
   • 扩展性：新增子类即可扩展算法变体，符合开闭原则。
   • 流程控制：固定算法执行顺序，避免子类破坏流程。

---

二、模式结构与角色划分

1. 核心角色

   • 抽象类（AbstractClass）：
     • 定义模板方法（templateMethod()），封装算法流程。
     • 声明基本方法（Primitive Methods）：抽象方法（子类必须实现）与钩子方法（子类可选覆盖，如 isNeedCondiment()）。
   • 具体子类（ConcreteClass）：实现抽象方法，完成特定步骤逻辑（如冲泡咖啡或茶）。

2. UML类图示例

+-------------------+           +-------------------+
|  AbstractClass     |<|------|>| ConcreteClassA     |
| +templateMethod()  |          | +primitiveStep1()  |
| +primitiveStep1()  |          | +primitiveStep2()  |
| +primitiveStep2()  |          +-------------------+
+-------------------+
       ▲
       |
+-------------------+
| ConcreteClassB     |
| +primitiveStep1()  |
| +primitiveStep2()  |
+-------------------+

3. 实现方式
   • 强制实现：父类通过抽象方法要求子类必须覆盖特定步骤（。
   • 可选扩展：通过钩子方法（如返回布尔值的 hook()）允许子类干预流程。

---

三、优缺点分析

优点

1. 复用性与扩展性：父类集中处理通用逻辑，子类仅关注差异步骤。
2. 反向控制：父类掌控算法流程，子类无法破坏结构。
3. 减少重复代码：消除多子类中的重复流程代码。

缺点

1. 继承强依赖：子类必须继承抽象类，限制了灵活性。
2. 算法复杂度：过多基本方法或钩子方法可能增加维护难度。

---

四、适用场景

1. 多流程共享骨架
   • 文档导出功能（PDF/Excel格式共享验证、数据加载步骤）。
   • 银行利息计算（验证用户→计算利息→显示结果，利息公式由账户类型决定）。
2. 框架设计
   • Spring的 JdbcTemplate 封装数据库操作的通用流程（连接、执行、关闭），用户仅需实现SQL与结果处理。
3. 流程标准化
   • 面试流程（登记→技术面→HR面→通知结果），不同岗位面试内容不同。

---

五、实现示例（Java）

以饮料制作为例：

// 抽象类
abstract class BeverageTemplate {
    // 模板方法（final防止子类覆盖）
    public final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (isNeedCondiment()) {  // 钩子方法，默认返回true
            addCondiment();
        }
    }

    // 通用步骤
    private void boilWater() { System.out.println("煮沸水"); }
    private void pourInCup() { System.out.println("倒入杯子"); }

    // 抽象方法（子类必须实现）
    protected abstract void brew();
    protected abstract void addCondiment();

    // 钩子方法（子类可选覆盖）
    protected boolean isNeedCondiment() { return true; }
}

// 具体子类：咖啡
class Coffee extends BeverageTemplate {
    @Override protected void brew() { System.out.println("冲泡咖啡粉"); }
    @Override protected void addCondiment() { System.out.println("加糖和牛奶"); }
    @Override protected boolean isNeedCondiment() { return false; }  // 覆盖钩子方法
}

// 客户端调用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        BeverageTemplate coffee = new Coffee();
        coffee.prepareBeverage();
        // 输出：煮沸水 → 冲泡咖啡粉 → 倒入杯子
    }
}

---

六、实际应用案例

1. Java IO流
   • InputStream 的 read() 方法定义读取框架，具体子类实现字节解析逻辑。
2. Servlet生命周期
   • HttpServlet 的 service() 方法根据请求类型分发至 doGet()、doPost()，子类实现具体业务。
3. 单元测试框架
   • JUnit 的 TestCase 定义测试流程（setUp() → testXXX() → tearDown()），用户填充测试逻辑。

---

七、与其他模式的对比

模式	核心差异
策略模式	封装算法整体替换，模板模式固定流程并修改局部步骤
工厂方法模式	侧重对象创建，模板模式侧重算法流程控制
责任链模式	多个处理器链式传递请求，模板模式由父类固定步骤顺序

---

八、总结

模板方法模式通过算法骨架标准化与步骤延迟实现，在框架设计与多流程场景中展现出强大的复用性与扩展性。其核心在于平衡父类控制流程与子类灵活扩展，但需警惕过度继承导致的耦合问题。在实际开发中，结合钩子方法可进一步提升灵活性，例如在Spring的 JdbcTemplate 中通过回调接口实现结果集处理（[2] [12]）。该模式尤其适合需要统一流程但允许局部差异的业务场景（如金融计算、数据导出），是构建可扩展架构的重要工具。