怎么使用java模板方法模式

# 怎么使用Java模板方法模式

## 一、什么是模板方法模式

模板方法模式（Template Method Pattern）是行為型設計模式的一種，它定義了一個操作中的算法骨架，而將某些步驟延遲到子類中實現。模板方法使得子類可以不改變算法結構的情況下，重新定義算法中的某些特定步驟。

### 核心思想
- **固定流程**：父類定義不可變的算法執行流程
- **靈活擴展**：子類實現可變的細節步驟
- **好萊塢原則**："Don't call us, we'll call you" - 父類調用子類方法

## 二、模式結構

```java
public abstract class AbstractClass {
    // 模板方法（final防止子類覆蓋）
    public final void templateMethod() {
        primitiveOperation1();
        primitiveOperation2();
        concreteOperation();
        hook();
    }
    
    // 抽象方法（必須由子類實現）
    protected abstract void primitiveOperation1();
    protected abstract void primitiveOperation2();
    
    // 具體方法（已有默認實現）
    protected void concreteOperation() {
        // 實現代碼
    }
    
    // 鉤子方法（可選實現）
    protected void hook() {}
}

關鍵角色

1. 抽象類（AbstractClass）：

   • 定義模板方法和基本方法
   • 模板方法一般聲明為final

2. 具體類（ConcreteClass）：

   • 實現抽象類中的抽象方法
   • 可選擇覆蓋鉤子方法

三、使用場景

典型應用場景

1. 具有統一流程但步驟實現不同的業務
2. 需要擴展算法特定步驟的場景
3. 存在多個相似子類需要重構時

實際案例

• Java中的AbstractList、HttpServlet
• Spring中的JdbcTemplate
• 工作流引擎中的流程定義
• 報表生成（固定流程，不同實現）

四、代碼實現示例

示例1：飲料制作模板

// 抽象類
public abstract class BeverageTemplate {
    
    public final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if(customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }
    
    protected abstract void brew();
    protected abstract void addCondiments();
    
    private void boilWater() {
        System.out.println("煮沸水");
    }
    
    private void pourInCup() {
        System.out.println("倒入杯中");
    }
    
    // 鉤子方法
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

// 具體實現
public class Coffee extends BeverageTemplate {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("沖泡咖啡粉");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加糖和牛奶");
    }
    
    @Override
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return false; // 不要調料
    }
}

public class Tea extends BeverageTemplate {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("浸泡茶葉");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加檸檬");
    }
}

示例2：數據庫操作模板

public abstract class JdbcTemplate {
    
    public final Object execute(String sql) {
        Connection conn = null;
        Statement stmt = null;
        try {
            // 1.獲取連接
            conn = getConnection();
            // 2.創建語句
            stmt = conn.createStatement();
            // 3.執行查詢
            ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
            // 4.處理結果（交給子類）
            return handleResult(rs);
        } catch (SQLException e) {
            // ...異常處理
        } finally {
            // 5.釋放資源
            closeResources(conn, stmt);
        }
        return null;
    }
    
    protected abstract Object handleResult(ResultSet rs) throws SQLException;
    
    private Connection getConnection() throws SQLException {
        return DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
    }
    
    private void closeResources(Connection conn, Statement stmt) {
        // 關閉資源實現...
    }
}

五、模式優缺點

優點

1. 代碼復用：封裝不變部分，擴展可變部分
2. 反向控制：通過父類調用子類操作
3. 符合開閉原則：增加新子類無需修改父類
4. 便于維護：公共行為集中在父類

缺點

1. 限制靈活性：模板方法固定了執行流程
2. 增加系統復雜度：每個不同實現都需要子類
3. 違反里氏替換原則：子類可能改變父類行為

六、高級應用技巧

1. 鉤子方法的使用

鉤子方法（Hook Method）是模板方法模式的擴展點，它： - 在抽象類中提供默認空實現 - 子類可選擇覆蓋或不覆蓋 - 用于控制模板方法中的可選流程

protected boolean shouldLog() {
    return false; // 默認不記錄日志
}

2. 模板方法與策略模式結合

當需要更靈活地替換算法時，可以結合策略模式：

public class Context {
    private Strategy strategy;
    
    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    
    public void executeTemplate() {
        step1();
        strategy.execute();
        step3();
    }
}

3. 使用函數式接口（Java8+）

在Java 8中可以使用Lambda表達式簡化實現：

public void process(Consumer<Data> handler) {
    init();
    handler.accept(data);
    cleanup();
}

七、常見面試問題

1. 模板方法與策略模式的區別？

   • 模板方法：基于繼承，控制算法流程
   • 策略模式：基于組合，替換完整算法

2. 為什么模板方法要聲明為final？

   • 防止子類改變算法骨架
   • 確保模板方法的穩定性和一致性

3. 何時使用鉤子方法？

   • 當需要讓子類可選地參與算法某些步驟時
   • 提供默認實現，子類按需覆蓋

八、總結

模板方法模式通過將不變行為搬移到父類，去除子類中的重復代碼，是代碼復用的基本技術。它在框架設計中尤其重要，定義了框架的骨架，允許用戶自定義特定步驟的實現。

最佳實踐建議

1. 仔細分析算法步驟，合理劃分固定和可變部分
2. 模板方法盡量簡單，不宜包含太多步驟
3. 合理使用鉤子方法提供靈活性
4. 考慮與其它模式（如工廠方法）結合使用

模板方法模式體現了”好萊塢原則”，是面向對象設計中控制反轉的典型實現，合理使用可以大大提高代碼的可維護性和擴展性。

本文共計約2400字，詳細介紹了Java模板方法模式的核心概念、實現方式、使用場景以及高級應用技巧。通過具體代碼示例和對比分析，幫助開發者深入理解并正確應用該設計模式。 “`