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

模板方法模式是一种行为设计模式,它在抽象类中定义了一个操作中的算法骨架,允许子类在不改变算法结构的情况下,重写算法的特定步骤。此模式常用于代码重构,实现算法的共性与个性分离。示例展示了如何在直播播放场景中使用模板方法模式,腾讯和金山直播类各自实现了不同的操作流程。

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定义一个操作的算法框架,而将具体实现延迟到子类中进行,使得子类在不改变整体算法框架的基础上,可以自定义算法实现。

应用场景

  • 多个子类有公有的方法,并且逻辑基本相同时。

  • 重要复杂的算法可以把核心算法设计为模板方法,具体细节则由子类实现

  • 重构代码时,把相同的代码抽取到父类中,然后通过钩子函数约束其行为。

它封装了不变部分,扩展可变部分。它把认为是不变部分的算法封装到父类中实现,而把可变部分算法由子类继承实现,便于子类继续扩展。

模板方法:定义了算法的骨架,按某种顺序调用其包含的基本方法。

基本方法:是整个算法中的一个步骤,包含以下几种类型。

  • 抽象方法:在抽象类中声明,由具体子类实现。

  • 具体方法:在抽象类中已经实现,在具体子类中可以继承或重写它。

  • 钩子方法:在抽象类中已经实现,包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种。

public abstract class LivePlay {
    //模板方法
    public final void seeLivePlay() {
        login();
        openRoom();
        startAudioAndVideoStream();
        pushVideoStream();
        stopAudioAndVideoStream();
        closeRoom();
    }

    //实体方法,这个方法实现通用的业务逻辑
    private void login() {
        System.out.println("用户登录");
    }
    
    /*抽象方法*/
    //打开房间
    public abstract void openRoom();
    //打开音视频流
    public abstract void startAudioAndVideoStream();
    //关闭音视频流
    public abstract void stopAudioAndVideoStream();
    //关闭房间
    public abstract void closeRoom();

    /*钩子方法,可以被需要的子类overwrite*/
    //旁路推流,可以通过视频链接在浏览器中查看视频
    public void pushVideoStream() {
    }
}


//腾讯直播类
public class TencentLivePlay extends LivePlay  {
    @Override
    public void openRoom() {
        System.out.println("腾讯打开房间");
    }

    @Override
    public void startAudioAndVideoStream() {
        System.out.println("腾讯打开音视频流");
    }

    @Override
    public void stopAudioAndVideoStream() {
        System.out.println("腾讯关闭音视频流");
    }

    @Override
    public void closeRoom() {
        System.out.println("腾讯关闭房间");
    }

    //覆写钩子方法,提供旁路推流功能
    @Override
    public void pushVideoStream() {
        super.pushVideoStream();
        System.out.println("腾讯进行旁路推流");
    }
}


//金山直播类
public class JinShanLivePlay extends LivePlay  {
    @Override
    public void openRoom() {
        System.out.println("金山打开房间");
    }

    @Override
    public void startAudioAndVideoStream() {
        System.out.println("金山打开音视频流");
    }

    @Override
    public void stopAudioAndVideoStream() {
        System.out.println("金山关闭音视频流");
    }

    @Override
    public void closeRoom() {
        System.out.println("金山关闭房间");
    }
}


    public static void main(String[] args) {        
        //此处省略若干代码
         ...
        LivePlay tencentLive=new TencentLivePlay();
        tencentLive.seeLivePlay();
        
        System.out.println("");
        
        LivePlay jinShanLive=new JinShanLivePlay();
        jinShanLive.seeLivePlay();
    }



根据以下文章总结:

  1. Java设计模式:23种设计模式全面解析(超级详细)HYPERLINK http://c.biancheng.net/design_pattern/ 

  2. 3种设计模式详解 https://www.iteye.com/blog/zz563143188-1847029 

  3. Android系统编程思想:设计模式https://github.com/sucese/android-open-source-project-analysis/blob/master/doc/Android%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E7%AF%87/02Android%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E7%AF%87%EF%BC%9A%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F.md#35-%E8%A7%82%E5%AF%9F%E8%80%85%E6%A8%A1%E5%BC%8F

  4. 设计模式 https://blog.youkuaiyun.com/shusheng0007/category_8638565.html

  5. java设计模式 https://blog.youkuaiyun.com/qq_37909508/category_8976362.html

  6. 设计模式 https://www.cnblogs.com/zuoxiaolong/category/509144.html 

  7. 设计模式 在源码中的应用 https://blog.youkuaiyun.com/qq_36970993/category_10620886.html

  8. Android系统设计中存在设计模式分析 https://www.2cto.com/kf/201208/150650.html

  9. Android设计模式系列 - 基于android的各种代码分析各种设计模式 https://www.cnblogs.com/qianxudetianxia/category/312863.html 

<think>好的,用户想了解模板方法设计模式的原理与实现。首先,我需要回忆模板方法模式的基本概念。根据引用[3],模板方法模式定义了一个操作中的算法框架,将一些步骤推迟到子类中实现。这样可以在不改变算法结构的情况下,让子类重新定义某些步骤。 接下来,用户可能想知道原理部分。根据引用[4],模板方法模式通过抽象类中的模板方法规定算法结构和执行顺序,具体步骤由子类实现。这意味着父类控制流程,子类负责具体实现。需要解释这种分层的设计如何提高代码复用,并允许子类扩展特定步骤。 然后是结构部分。通常模板方法模式包含抽象类和具体子类。抽象类中的模板方法是final的,避免子类修改算法结构,而抽象方法由子类实现。比如引用[5]中的prepare_recipe()方法作为模板方法,定义了制作饮料的步骤,具体步骤如brew()和addCondiments()由子类实现。 实现方式方面,需要给出代码示例。比如制作咖啡和茶的例子,抽象类定义模板方法,子类实现具体步骤。根据引用[2],咖啡和茶的冲泡过程有相似的步骤,可以抽象到父类,不同步骤由子类覆盖。 应用场景部分,引用[3]提到当多个类有相同的方法但某些步骤不同时适用。例如数据处理流程、文档生成等。需要举几个例子说明适用情况。 可能还需要对比其他模式,比如策略模式。根据引用[1],策略模式使用组合来改变整个算法,而模板方法使用继承来改变部分步骤。这点需要区分清楚,避免用户混淆。 最后,总结优缺点。优点包括代码复用、扩展性,缺点则是子类必须遵循框架,可能不够灵活,如引用[1]提到可能限制子类灵活性。需要客观说明适用场景和潜在限制。 检查是否覆盖了用户需求:定义、原理、结构、实现、应用场景、优缺点。确保引用正确,每个引用对应的内容是否准确。比如引用[5]中的prepare_recipe作为模板方法的例子,引用[4]中的算法框架定义。确保回答结构清晰,分点明确,代码示例正确使用$$格式,行内公式用$符号。</think>### 模板方法设计模式的原理与实现 #### 一、定义与核心思想 模板方法模式Template Method Pattern)是一种**行为型设计模式**,其核心思想是**定义一个算法的框架,允许子类在不改变算法结构的前提下重写某些步骤**。该模式通过抽象类实现,包含两类方法: 1. **模板方法**:定义算法骨架的固定流程,通常为`final`方法以防止子类修改[^3][^4]。 2. **抽象方法**:由子类实现的步骤,用于扩展或定制算法细节[^5]。 例如,制作咖啡和茶的流程可抽象为“烧水→冲泡→添加调料”的固定框架,而具体的冲泡和调料添加由子类实现[^2]。 --- #### 二、核心原理 1. **算法骨架固定化** 抽象类中通过模板方法规定执行顺序(如`prepare_recipe()`),子类仅需实现差异化的步骤(如`brew()`和`addCondiments()`)。 $$ \text{模板方法} = \text{固定步骤} + \text{抽象方法} $$ 2. **好莱坞原则(Hollywood Principle)** “不要调用我们,我们会调用你”——父类控制流程,子类被动响应具体步骤的调用。 --- #### 三、代码实现示例 以饮料制作为例,抽象类定义模板方法,子类实现具体步骤: ```java // 抽象类定义模板方法 abstract class CaffeineBeverage { // 模板方法(final防止子类修改结构) public final void prepareRecipe() { boilWater(); brew(); pourInCup(); addCondiments(); } // 公共步骤直接实现 void boilWater() { System.out.println("烧水"); } void pourInCup() { System.out.println("倒入杯子"); } // 子类必须实现的抽象方法 abstract void brew(); abstract void addCondiments(); } // 具体子类:咖啡 class Coffee extends CaffeineBeverage { void brew() { System.out.println("冲泡咖啡粉"); } void addCondiments() { System.out.println("加糖和牛奶"); } } // 具体子类:茶 class Tea extends CaffeineBeverage { void brew() { System.out.println("浸泡茶叶"); } void addCondiments() { System.out.println("加柠檬"); } } ``` --- #### 四、应用场景 1. **流程标准化**:多个类有相同流程但部分步骤不同(如数据处理、文档生成)[^3]。 2. **框架设计**:框架定义主流程,用户通过子类扩展细节(如Spring的`JdbcTemplate`)。 3. **避免代码重复**:将公共代码提升到父类,差异化代码下放至子类[^2]。 --- #### 五、优缺点分析 | **优点** | **缺点** | |----------------------------------|---------------------------------------| | 提高代码复用性(公共逻辑集中管理)[^2] | 可能因过度抽象增加系统复杂度 | | 子类只需关注差异部分 | 父类修改模板方法会影响所有子类[^1] | | 符合开闭原则(扩展开放,修改关闭) | 对简单流程可能造成设计过度[^3] | --- #### 六、与其他模式对比 - **策略模式(Strategy Pattern)** 策略模式通过组合替换整个算法,而模板方法模式通过继承修改部分步骤[^4]。 - **工厂方法模式(Factory Method)** 工厂方法是模板方法的一种特殊形式,专注于对象创建步骤的分工。 ---
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