设计模式 -(19)模板方法模式(Template Method Pattern)

本文探讨了模板方法模式在做菜场景中的应用,展示了如何通过抽象的Cook类定义通用步骤,并利用钩子函数如needRemovePeel控制特定行为。以清蒸鱼和炒土豆为例,展示了继承与重写机制如何实现菜品差异化烹饪。

设计模式 -(19)模板方法模式(Template Method Pattern)

前言

举一些生活中的例子:

  • 去银行办理业务会经历以下步骤:1.取号、2.排队、3.办理具体业务、4.给服务评分,其中在第三步中有的人办理存款,有的人办理取款,有的人办理贷款,在这个步骤中不同的人处理的事情不一样,而除了这个步骤以外其他步骤都一样
  • 做菜时一般都经历 去皮, 洗菜,切菜,烹饪等步骤,其中去皮,洗菜,切菜操作大同小异,而烹饪时则需要根据不同菜品调整不同的烹饪方式,如鱼可以清蒸,肉可以小炒,骨头用来炖汤

以上举的例子中,大部分操作固定只有一小部分操作需要根据业务调整处理方式的案例就可以使用模板方法模式

举例

以做菜举例:

在 Cook 类中,将做菜分为了四个步骤,去皮,洗菜,切菜,烹饪,这些步骤都通过 make 方法调用,不管做什么菜都调用 make 方法即可

public abstract class Cook {

    protected void removePeel() {
        System.out.println("去皮");
    }

    protected void wash() {
        System.out.println("洗菜");
    }

    protected void cutUp() {
        System.out.println("切菜");
    }

    /**
     * 烹饪,不同菜烹饪方式不一样
     */
    abstract void cooking();

    public void make(){
        removePeel();
        wash();
        cutUp();
        cooking();
    }
}

烹饪清蒸鱼:

public class CookingFish extends Cook{

    @Override
    void cooking() {
        System.out.println("清蒸");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Cook cookingFish = new CookingFish();
        cookingFish.make();
    }
}
去皮
洗菜
切菜
清蒸

烹饪土豆:

public class CookingPotato extends Cook{

    @Override
    void cooking() {
        System.out.println("炒着吃");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Cook cookingPotato = new CookingPotato();
        cookingPotato.make();
    }
}
去皮
洗菜
切菜
炒着吃

使用钩子函数

在上面的例子中,不是烹饪所有的菜都需要去皮,比如青菜,这个时候在模板方法 make 中,removePeel 去皮操作需要根据不同菜品来判断是否调用,这个时候可以在 Cook 类中定义一个是否去皮的方法,比如 needRemovePeel(),这个方法默认返回 true (表示需要去皮),子类可以重写 needRemovePeel 方法,返回 false 则可以控制主类不去皮,像 needRemovePeel 这种有默认实现,并且子类通过覆盖可以改变父类行为的方法称为钩子方法

具体实现:

public abstract class Cook2 {

    protected void removePeel() {
        System.out.println("去皮");
    }

    protected void wash() {
        System.out.println("洗菜");
    }

    protected void cutUp() {
        System.out.println("切菜");
    }

    protected boolean needRemovePeel() {
        return true;
    }

    /**
     * 烹饪,不同菜烹饪方式不一样
     */
    abstract void cooking();

    public void make() {
        if (needRemovePeel()) {
            removePeel();
        }
        wash();
        cutUp();
        cooking();
    }
}

白灼青菜:

如下所示,青菜不用去皮,所以重写 needRemovePeel 方法返回 false,在父类 Cook2 make 方法中 removePeel 去皮方法便不再调用

public class CookingVegetables extends Cook2{

    @Override
    public boolean needRemovePeel() {
        return false;
    }

    @Override
    void cooking() {
        System.out.println("白灼青菜");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Cook2 cookingVegetables = new CookingVegetables();
        cookingVegetables.make();
    }
}
洗菜
切菜
白灼青菜
<think>嗯,用户问的是模板方法模式,属于设计模式的一种。首先,我需要确认设计模式在软件工程中的位置。设计模式属于面向对象编程的范畴,是解决常见问题的经验总结。模板方法模式属于行为型设计模式,这点要明确。 接下来,用户想知道如何系统地学习。我得考虑学习路径。首先应该掌握面向对象的基础,比如封装、继承、多态。然后了解设计模式的分类,比如创建型、结构型、行为型。模板方法属于行为型,可能需要重点讲解其结构和应用场景。 用户可能对模板方法模式的具体实现不太清楚,需要举例子。比如,冲泡饮料的流程,咖啡和茶的不同步骤,用抽象类定义模板方法,子类实现具体步骤。这样用户更容易理解。 还要注意LaTeX格式的问题。在解释模式结构时,可能需要用类图或代码示例,但用户要求用中文,并且用行内数学表达式的话,可能不太适用。不过,系统级指令要求独立公式用$$...$$,所以如果有需要的话,可以适当使用,但这里可能更多是文字描述。 用户可能希望知道学习资源。推荐书籍如《设计模式:可复用面向对象软件的基础》,也就是GoF的那本书。还有在线资源,比如Refactoring.Guru,或者中文博客、视频教程。同时,实践很重要,建议通过项目应用来巩固知识。 另外,用户可能混淆了不同的设计模式,需要区分模板方法与其他模式,比如策略模式。模板方法通过继承实现,而策略模式使用组合,这样对比可以帮助用户更好理解各自的适用场景。 要确保回答结构清晰,分点说明。先介绍模板方法模式的定义、所属类别,再讲结构和实例,最后给出学习路径和资源。这样用户能一步步理解,并知道如何系统学习。</think>模板方法模式Template Method)是**面向对象编程**领域的知识,属于**设计模式**中的一种行为型模式(Behavioral Pattern)。它关注于**算法框架的复用**和**流程步骤的标准化**,是软件工程中用于提高代码复用性和扩展性的重要方法。 --- ### 一、模板方法模式的核心概念 1. **定义** 定义一个操作中的算法骨架,将某些步骤延迟到子类中实现,使得子类可以不改变算法结构即可重新定义特定步骤。 2. **关键点** - **抽象类**:定义算法骨架(模板方法)和抽象步骤。 - **具体子类**:实现父类定义的抽象步骤,但不改变算法流程。 3. **典型应用场景** - 需要统一流程但允许部分步骤灵活变化的场景(如数据处理流水线、文档生成工具)。 - 框架设计中定义扩展点(如Spring框架的JdbcTemplate)。 --- ### 二、如何系统学习模板方法模式? #### 第1步:掌握前置知识 1. **面向对象基础** - 封装、继承、多态 - 抽象类与接口的区别 2. **设计模式分类** - 创建型(如工厂模式) - 结构型(如适配器模式) - 行为型(模板方法属于此类) #### 第2步:理解模式结构与实现 1. **UML类图** ```plaintext +---------------------+ | AbstractClass | +---------------------+ |+ templateMethod() | |+ primitiveStep1() |← abstract |+ primitiveStep2() |← abstract +---------------------+ △ | 继承 +---------------------+ | ConcreteClass | +---------------------+ |+ primitiveStep1() |← 具体实现 |+ primitiveStep2() |← 具体实现 +---------------------+ ``` 2. **代码示例**(Java) ```java // 抽象类定义模板 abstract class DataProcessor { public final void process() { // 模板方法(final防止子类覆盖) loadData(); transformData(); saveResult(); } protected abstract void transformData(); // 抽象步骤 protected void loadData() { // 默认实现(可被子类覆盖) System.out.println("Loading data..."); } protected void saveResult() { System.out.println("Saving result..."); } } // 具体子类实现 class CSVProcessor extends DataProcessor { @Override protected void transformData() { System.out.println("Transforming CSV data..."); } } ``` #### 第3步:对比相关模式 | 模式 | 核心差异 | 适用场景 | |---------------|---------------------------------|----------------------------| | **模板方法** | 通过继承控制流程,父类定义骨架 | 流程固定,部分步骤可变 | | **策略模式** | 通过组合切换算法,接口定义行为 | 需要动态替换完整算法 | | **工厂方法** | 延迟对象创建到子类 | 对象创建过程需要扩展 | --- ### 三、系统学习路径建议 1. **经典书籍** -设计模式:可复用面向对象软件的基础》(GoF经典) - 《Head First设计模式》(更适合入门) 2. **实践方法** - 在框架源码中找案例(如Spring的JdbcTemplate- 尝试重构重复代码,用模板方法统一流程 *例如:不同格式报表导出功能的统一处理* 3. **扩展学习资源** - 在线教程:Refactoring.Guru(图文并茂的交互式教程) - 视频课程:极客时间《设计模式之美》 - 开源项目:Apache Commons、Guava库的设计模式实践 --- ### 四、常见面试问题(检验学习效果) 1. 模板方法模式与策略模式的区别是什么? 2. 模板方法中为什么要用`final`修饰模板方法? 3. 如何避免模板方法模式导致的类爆炸问题? 4. 举一个你在实际项目中应用模板方法的例子。 --- 通过理论学习->代码实践->源码分析->项目应用的闭环学习路径,可以系统掌握这一模式。关键要理解**流程标准化**与**扩展点设计**的平衡,这是软件设计中高频使用的核心技能。
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