模板方法模式 Java

本文深入探讨了模板方法模式的概念、组成部分及其在Java编程中的应用实例。通过给出具体的代码实现,展示了如何在不改变算法结构的前提下,灵活地调整算法行为。同时,文章还介绍了模板方法模式的适用场景、方法分类以及如何利用此模式控制子类的扩展。

意图:

在一个方法中定义一个算法的骨架,而将一些实现步骤延迟到子类中。

模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下,重新定义算法中的某些步骤。

uml图:

先建立一个骨架:

import java.util.*;

public abstract class template

{

string name="laughing";

final public void pre()//final 不允许子类改动气框架

{

name();

if(is()) other(); //用钩子技术控制是否要这一个other步骤

}

public void name()

{

system.out.println(name);

}

public abstract void other();

public boolean is()

{

scanner in=new scanner(system.in);

string str=in.nextline();

if("yes".equals(str)) return true;

return false;

}

}

分别写两个子类,并实现abstract方法:

public class liu extends template

{

public void other()

{

system.out.println("liu");

}

}

public class ju extends template

{

public void other()

{

system.out.println("ju");

}

}

测试一下:

public class test

{

public static void main(string[] args)

{

liu l=new liu();

ju j=new ju();

l.pre();

j.pre();//外观模式

}

}

模板方法模式中的方法:

模板方法:定义在abstractclass中,形成算法的骨架

基本方法:

1. abstract method:由子类具体实现,完成具体的算法步骤。

2. concrete method:抽象类实现的final方法,子类不能override。

3. hook method:提供缺省的实现,子类可以在必要时进行扩展,钩子简化了子类的实现,它可以让子类能够有机会对模板方法中某些即将发生的(或刚刚发生的)步骤做出反应

适用性:

1. 一次性实现一个算法的不变的部分,并将可变的行为留给子类来实现。

2. 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。这是opdyke和johnson所描述过的“重分解以一般化”的一个很好的例子。首先识别现有代码中的不同之处,并且将不同之处分离为新的操作。最后,用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。

3. 控制子类扩展。模板方法只在特定点调用hook操作,这样就只允许在这些点进行扩展。


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### 模板方法模式的概述 模板方法模式是一种行为型设计模式,主要用于定义一个操作中的算法骨架,并将一些具体步骤的实现延迟到子类中完成。这种模式允许子类在不修改算法结构的情况下重新定义某些特定步骤的行为[^2]。 --- ### 模板方法模式的核心概念 1. **抽象类**:定义了算法的整体框架以及部分公共逻辑。 2. **钩子方法(Hook Methods)**:提供给子类可选的扩展点,用于控制算法的具体行为。 3. **模板方法**:由父类定义并封装整个算法流程,不可被子类覆盖。 4. **具体子类**:继承自抽象类,负责实现未定义的部分或重写默认实现的方法。 通过这种方式,模板方法模式能够有效提升代码复用性和灵活性,同时保持良好的结构化设计[^5]。 --- ### Java 中的实现与示例 以下是基于模板方法模式的一个典型 Java 示例: #### 场景描述 假设我们需要创建一个咖啡店的应用程序,其中不同的饮品制作过程具有相同的总体流程(比如煮水、冲泡、加入调料等),但每种饮品的具体细节可能有所不同。可以通过模板方法模式来解决这一需求。 #### 代码实现 ```java // 抽象类 AbstractBeverage 定义整体流程 abstract class AbstractBeverage { // 模板方法 (final 防止子类覆写) public final void prepare() { boilWater(); // 步骤一:煮水 brew(); // 步骤二:冲泡饮料 pourInCup(); // 步骤三:倒入杯子 addCondiments(); // 步骤四:添加调料 } private void boilWater() { System.out.println("Boiling water..."); } abstract void brew(); // 子类需要实现的冲泡方式 private void pourInCup() { System.out.println("Pouring into cup..."); } // 可选的钩子方法,默认为空实现 protected void addCondiments() {} } // 具体子类 Coffee 继承并实现细节 class Coffee extends AbstractBeverage { @Override void brew() { System.out.println("Dripping coffee through filter..."); } @Override protected void addCondiments() { // 覆盖钩子方法 System.out.println("Adding sugar and milk..."); } } // 具体子类 Tea 继承并实现细节 class Tea extends AbstractBeverage { @Override void brew() { System.out.println("Steeping the tea..."); } @Override protected void addCondiments() {} // 不加调料 } ``` #### 测试运行 ```java public class TemplateMethodDemo { public static void main(String[] args) { AbstractBeverage coffee = new Coffee(); coffee.prepare(); System.out.println("----------------"); AbstractBeverage tea = new Tea(); tea.prepare(); } } ``` #### 输出结果 ``` Boiling water... Dripping coffee through filter... Pouring into cup... Adding sugar and milk... ---------------- Boiling water... Steeping the tea... Pouring into cup... ``` 上述例子展示了如何利用模板方法模式统一管理不同类型的饮品准备流程,同时保留足够的自由度供子类定制自己的独特之处[^4]。 --- ### JDBC 操作中的应用案例 除了简单的饮品制备场景外,模板方法模式还广泛应用于复杂的企业级开发领域。例如,在数据库访问层中,可以使用此模式简化重复性的 CRUD 操作逻辑。下面是一个基于 JDBC 的简单示例[^3]: ```java import java.sql.Connection; import java.sql.PreparedStatement; import java.sql.ResultSet; // 抽象基类 JdbcTemplate abstract class JdbcTemplate<T> { Connection connection; // 数据库连接对象 T executeQuery(String sql, Object... params) throws Exception { try ( PreparedStatement stmt = this.connection.prepareStatement(sql); ResultSet rs = stmt.executeQuery() ) { bindParameters(stmt, params); // 设置参数 return processResult(rs); // 处理查询结果 } finally { closeConnection(); // 关闭资源 } } abstract T processResult(ResultSet rs) throws Exception; // 结果集处理交由子类实现 private void bindParameters(PreparedStatement stmt, Object[] params) throws Exception { if (params != null && params.length > 0) { for (int i = 0; i < params.length; i++) { stmt.setObject(i + 1, params[i]); } } } private void closeConnection() { if (this.connection != null) { try { this.connection.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } } // 子类 UserJdbc 查询用户数据 class UserJdbc extends JdbcTemplate<User> { @Override User processResult(ResultSet rs) throws Exception { if (rs.next()) { String name = rs.getString("name"); int age = rs.getInt("age"); return new User(name, age); } return null; } } class User { String name; int age; public User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "User{name='" + name + "', age=" + age + "}"; } } ``` 在这个例子中,`JdbcTemplate` 提供了一套标准的数据访问接口,而 `UserJdbc` 则专注于具体的业务逻辑实现。这样的分离不仅提高了代码的可读性,也增强了系统的可维护性。 --- ### 总结 模板方法模式适用于那些存在固定流程但又有一定差异化的应用场景。借助于该模式,开发者可以在高层面上定义好通用规则,而在低层次上灵活调整局部特性,从而达到更高的代码复用率和更好的模块划分效果[^1]。 ---
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