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模板方法模式是一种行为设计模式#xff0c;它定义了一个操作中的算法的骨架#xff08;也就是大致的步骤和流程#xff09;#xff0c;而将一些具体步骤的实现延迟到子类中。这样#xff0c;子类可以不改变算法的结构即可重新定义算法的某些特定步骤。
二、Ja…一、定义
模板方法模式是一种行为设计模式它定义了一个操作中的算法的骨架也就是大致的步骤和流程而将一些具体步骤的实现延迟到子类中。这样子类可以不改变算法的结构即可重新定义算法的某些特定步骤。
二、Java示例
举个简单的例子假设我们要泡一杯茶和一杯咖啡这两者的制作过程有一些共同的步骤比如烧水、倒水、搅拌等但也有不同的地方比如茶需要放茶叶而咖啡需要放咖啡粉。
泡茶的过程 烧水、放茶叶、倒水、搅拌、品尝 泡咖啡的过程 烧水、放咖啡粉、倒水、搅拌、品尝
我们可以看到烧水、倒水、搅拌和品尝这些步骤是相同的而放茶叶和放咖啡粉这两个步骤是不同的。
用模板方法模式来实现 我们可以定义一个抽象类 Beverage它包含一个模板方法 prepareRecipe这个方法定义了整个流程的骨架。然后我们创建两个子类 Tea 和 Coffee分别实现具体的步骤。
// 抽象类
abstract class Beverage {// 模板方法定义算法骨架public final void prepareRecipe() {boilWater();brew();pourInCup();addCondiments();}// 抽象方法由子类实现abstract void brew();// 抽象方法由子类实现abstract void addCondiments();// 具体方法void boilWater() {System.out.println(烧水);}// 具体方法void pourInCup() {System.out.println(倒水到杯子里);}
}// 子类茶
class Tea extends Beverage {Overridevoid brew() {System.out.println(泡茶);}Overridevoid addCondiments() {System.out.println(加糖);}
}// 子类咖啡
class Coffee extends Beverage {Overridevoid brew() {System.out.println(泡咖啡);}Overridevoid addCondiments() {System.out.println(加牛奶);}
}// 测试代码
public class Main {public static void main(String[] args) {Beverage tea new Tea();tea.prepareRecipe();System.out.println();Beverage coffee new Coffee();coffee.prepareRecipe();}
}输出结果
烧水
泡茶
倒水到杯子里
加糖烧水
泡咖啡
倒水到杯子里
加牛奶模板方法prepareRecipe 是模板方法它定义了整个流程的骨架包括烧水、泡茶/咖啡、倒水、加调料等步骤。 抽象方法brew 和 addCondiments 是抽象方法由子类 Tea 和 Coffee 具体实现。 具体方法boilWater 和 pourInCup 是具体方法直接在抽象类中实现。
三、优点
代码复用性高 优势模板方法模式通过在抽象类中定义算法的骨架将公共的代码逻辑集中到一个地方避免了在多个子类中重复相同的代码。这样可以大大提高代码的复用性减少代码冗余。 示例在订单处理系统中无论是普通订单、VIP订单还是国际订单它们的处理流程都包括接收订单、验证订单、支付处理、发货和通知客户等步骤。这些公共步骤可以在抽象类中实现而具体的实现细节则由子类完成。提高代码的可维护性 优势由于公共的代码逻辑集中在抽象类中当需要修改这些公共逻辑时只需在抽象类中进行修改而不需要在每个子类中逐一修改。这大大减少了维护的复杂性和出错的概率。 示例如果需要在订单处理流程中增加一个新的步骤如记录日志只需在抽象类的模板方法中添加这一步骤所有子类都会自动继承这一修改。增强代码的可读性和可理解性 优势模板方法模式通过将算法的骨架和具体实现分离使得代码结构更加清晰和有条理。这有助于开发者更好地理解系统的整体架构和各个部分的职责。 示例在泡茶和泡咖啡的例子中Beverage 类定义了整个流程的骨架而 Tea 和 Coffee 类则分别实现了具体的步骤。这种结构使得代码更加直观易于理解和维护。提高代码的灵活性和扩展性 优势模板方法模式允许子类在不改变算法骨架的前提下通过重写抽象方法来实现特定的行为。这使得系统更加灵活能够轻松应对需求的变化和扩展。 示例如果需要增加一种新的饮料如奶茶只需创建一个新的子类 MilkTea并实现具体的泡制步骤而不需要修改现有的代码。约束子类的行为 优势通过在抽象类中定义抽象方法模板方法模式可以强制子类实现这些方法从而确保子类遵循一定的行为规范。这有助于避免子类的不一致实现保证系统的稳定性和可靠性。 示例在订单处理系统中抽象类可以定义 validateOrder 和 processPayment 等抽象方法迫使子类实现这些方法确保每个子类都按照规定的流程处理订单。便于算法的替换和扩展 优势模板方法模式使得算法的骨架和具体实现分离便于在不改变算法结构的情况下通过继承和重写来替换或扩展算法的具体实现。 示例如果需要改变订单处理流程中的某个步骤如支付处理方式只需在相应的子类中重写 processPayment 方法而不需要修改整个流程的骨架。提高系统的可测试性 优势模板方法模式使得算法的骨架和具体实现分离便于对算法的各个部分进行单独测试。这有助于提高系统的可测试性确保每个部分都能正确工作。 示例可以单独测试 Beverage 类中的公共方法如 boilWater 和 pourInCup也可以单独测试 Tea 和 Coffee 类中的具体实现方法如 brew 和 addCondiments。促进代码的规范化和标准化 优势模板方法模式通过定义统一的算法骨架促进了代码的规范化和标准化。这有助于团队协作和代码的统一管理提高开发效率和代码质量。 示例在大型项目中使用模板方法模式可以确保各个模块遵循统一的设计规范减少因设计不一致导致的问题。
四、缺点
灵活性受限 劣势模板方法模式要求子类必须遵循父类定义的模板方法的结构不能随意改变算法的骨架。这可能会限制子类的灵活性使得子类在某些情况下难以实现特定的需求。 示例如果父类定义的模板方法中某个步骤的顺序或逻辑不符合子类的实际需求子类无法直接修改模板方法的结构只能通过重写抽象方法来实现特定的行为。这可能会导致代码的复杂性增加或者需要通过其他方式来实现需求。增加类的数量 劣势模板方法模式需要定义一个抽象类和多个子类这会增加类的数量从而增加系统的复杂性。在小型项目或简单场景中这种增加的复杂性可能不值得。 示例如果一个简单的算法只需要几种不同的实现使用模板方法模式可能会显得过于繁琐。相比之下使用简单的条件语句如 if-else 或 switch可能更加简洁和高效。维护成本增加 劣势由于模板方法模式涉及多个类和方法维护和修改这些类的成本可能会增加。特别是当需要修改模板方法的结构时可能需要同时修改多个子类这会增加出错的概率和维护的难度。 示例如果需要在模板方法中添加一个新的步骤不仅需要修改抽象类还需要确保所有子类都能正确地实现这个新步骤。这可能会导致维护工作量增加尤其是在子类数量较多的情况下。代码的耦合性增加 劣势模板方法模式中子类与抽象类之间的耦合性较高。如果抽象类中的方法或属性发生变化可能会影响到所有子类的实现。这会增加系统的脆弱性降低代码的可维护性。 示例如果抽象类中的某个方法被修改或删除所有依赖该方法的子类都需要进行相应的修改。这可能会导致连锁反应增加系统的维护难度。学习和理解成本增加 劣势对于不熟悉模板方法模式的开发者来说理解和学习这种模式可能需要一定的时间和精力。特别是在复杂的项目中模板方法模式的使用可能会增加开发者的认知负担。 示例如果一个项目中大量使用了模板方法模式新加入的开发者需要花费时间来理解这些模式的结构和实现这可能会影响开发效率。不适合频繁变化的场景 劣势如果算法的步骤或逻辑经常发生变化使用模板方法模式可能会导致频繁的修改和维护。相比之下使用其他设计模式如策略模式可能更加灵活和适应变化。 示例在快速迭代的项目中如果算法的步骤经常需要调整使用模板方法模式可能会导致频繁的类结构修改增加开发和维护的成本。可能导致代码的冗余 劣势虽然模板方法模式可以减少公共代码的重复但在某些情况下如果子类需要实现许多抽象方法可能会导致代码的冗余。特别是当子类只需要少量的自定义行为时这种冗余可能会更加明显。 示例如果一个子类只需要修改模板方法中的一个步骤但仍然需要实现所有抽象方法这可能会导致代码的冗余和不必要的复杂性。
五、使用场景
业务流程处理 在业务系统中许多业务流程具有固定的步骤但某些步骤的具体实现可能因业务类型不同而有所差异。模板方法模式可以用来定义这些固定步骤的骨架而将具体的实现留给子类。 示例 订单处理流程包括接收订单、验证订单、支付处理、发货、通知客户等步骤。这些步骤的顺序是固定的但每个步骤的具体实现可能因订单类型如普通订单、VIP订单、国际订单等而不同。 用户注册流程包括输入信息、验证信息、发送验证码、注册成功等步骤。这些步骤的顺序是固定的但每个步骤的具体实现可能因注册方式如邮箱注册、手机号注册、第三方登录等而不同。算法框架 在算法实现中某些算法的步骤是固定的但某些步骤的具体实现可能因具体问题而不同。模板方法模式可以用来定义算法的框架而将具体的实现留给子类。 示例 排序算法许多排序算法如冒泡排序、选择排序、插入排序等的基本步骤是固定的但具体的比较和交换操作可能不同。 搜索算法许多搜索算法如深度优先搜索、广度优先搜索等的基本步骤是固定的但具体的搜索策略可能不同。数据访问操作 在数据访问层许多数据操作如插入、更新、删除、查询等的基本步骤是固定的但具体的实现可能因数据源如数据库、文件、网络等而不同。模板方法模式可以用来定义这些操作的框架而将具体的实现留给子类。 示例 数据库操作包括连接数据库、执行SQL语句、处理结果集等步骤。这些步骤的顺序是固定的但具体的实现可能因数据库类型如MySQL、Oracle、SQL Server等而不同。 文件操作包括打开文件、读取数据、写入数据、关闭文件等步骤。这些步骤的顺序是固定的但具体的实现可能因文件类型如文本文件、二进制文件、XML文件等而不同。
六、注意事项
明确算法骨架 注意在使用模板方法模式时必须明确算法的骨架即整个流程的步骤和顺序。这需要在设计阶段仔细分析和规划确保算法的骨架能够涵盖所有可能的实现。 建议在设计模板方法时尽量将算法的骨架设计得通用和灵活以便子类可以根据需要进行扩展和定制。合理定义抽象方法 注意抽象方法是子类实现具体逻辑的地方必须合理定义抽象方法的签名和职责。如果抽象方法定义得不合理可能会导致子类实现困难或不一致。 建议抽象方法的签名应尽量简洁明了职责单一避免过于复杂或模糊的定义。同时可以提供一些默认实现减少子类的实现负担。避免过度设计 注意模板方法模式可能会增加类的数量和复杂性如果过度使用可能会导致系统变得臃肿和难以维护。 建议在使用模板方法模式时应根据实际需求进行权衡避免过度设计。如果算法的步骤和逻辑相对简单可以考虑使用其他更简单的设计模式或直接使用条件语句来实现。确保子类的实现一致性 注意模板方法模式要求子类必须实现抽象方法以确保算法的骨架能够正常运行。如果子类没有正确实现抽象方法可能会导致算法无法正常执行。 建议在设计抽象类时应提供清晰的文档和示例代码指导子类如何正确实现抽象方法。同时可以通过单元测试和代码审查来确保子类的实现一致性。处理算法的变体 注意在某些情况下算法的某些步骤可能会有多种变体需要根据具体情况进行选择。如果这些变体没有得到妥善处理可能会导致算法的灵活性和可扩展性受到影响。 建议可以通过增加抽象方法或使用其他设计模式如策略模式来处理算法的变体提高算法的灵活性和可扩展性。注意类的耦合性 注意模板方法模式中子类与抽象类之间的耦合性较高。如果抽象类中的方法或属性发生变化可能会影响到所有子类的实现。 建议在设计抽象类时应尽量保持其稳定性避免频繁修改。如果需要修改抽象类应仔细评估对子类的影响并及时通知相关开发者。考虑性能影响 注意模板方法模式可能会增加方法调用的开销特别是在算法步骤较多或调用频繁的情况下可能会影响性能。 建议在性能敏感的场景中应仔细评估模板方法模式的性能影响必要时可以考虑优化算法或使用其他设计模式。保持代码的可读性和可维护性 注意模板方法模式可能会增加代码的复杂性如果代码结构不清晰可能会导致可读性和可维护性下降。 建议在使用模板方法模式时应保持代码结构清晰注释详细逻辑分明。可以通过合理的命名、分层和模块化来提高代码的可读性和可维护性。避免滥用模板方法模式 注意模板方法模式并不是万能的如果滥用可能会导致设计过于复杂增加开发和维护的难度。 建议在使用模板方法模式时应根据实际需求和场景进行选择避免滥用。如果其他设计模式或简单的实现方式能够满足需求应优先考虑。结合其他设计模式使用 注意模板方法模式可以与其他设计模式如策略模式、工厂方法模式等结合使用以提高系统的灵活性和可扩展性。 建议在设计系统时可以根据实际需求和场景灵活地结合使用多种设计模式以达到最佳的设计效果。
七、在spring 中的应用
JdbcTemplate JdbcTemplate 是 Spring 中用于简化 JDBC 操作的类它使用了模板方法模式来封装 JDBC 的操作流程。JdbcTemplate 定义了整个 JDBC 操作的骨架包括连接获取、SQL 执行、结果集处理等步骤而具体的 SQL 语句和结果集处理逻辑由用户通过回调接口实现。AbstractController AbstractController 是 Spring MVC 中的一个抽象类它使用了模板方法模式来定义控制器的处理流程。AbstractController 定义了 handleRequestInternal 方法作为模板方法该方法定义了处理请求的骨架而具体的请求处理逻辑由子类实现。
