模板方法模式

概念

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骨架，允许子类在不改变算法结构的情况下重定义某些步骤。父类通过模板方法控制流程，子类通过实现抽象方法填充细节，实现反向控制结构（父类调用子类）。

作用

代码复用：将公共逻辑抽取到父类，避免重复代码。
扩展性：子类只需关注差异部分，符合开闭原则。
流程控制：父类固定核心流程，防止子类破坏执行顺序。

场景

多个类具有相似流程但部分步骤不同（如数据解析、文件处理）。
需要固定核心算法流程，允许子类扩展特定步骤。
框架设计（如 Spring 的 JdbcTemplate ）。

举例

// 饮料类
abstract class Beverage {
    // 准备食谱：模板方法 (final防止子类覆盖)
    public final void prepareRecipe() {
        // 烧开水
        boilWater();
        // 泡
        brew();
        // 倒入杯子
        pourInCup();
        // 是否加入调味剂
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }

    // 固定步骤：烧开水
    private void boilWater() {
        System.out.println("烧开水");
    }
    // 固定步骤：倒入杯子
    private void pourInCup() {
        System.out.println("倒入杯子");
    }

    // 抽象方法（必须实现）
    abstract void brew();
    abstract void addCondiments();

    // 钩子方法（可选覆盖）
    boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

class Coffee extends Beverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("冲泡咖啡粉");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加糖和牛奶");
    }

    @Override
    boolean customerWantsCondiments() {
        return false; // 示例：咖啡不要调料
    }
}

class Tea extends Beverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("浸泡茶叶");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("加柠檬");
    }
}

运行示例：

public class BeverageDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareRecipe();

        System.out.println("---");

        Beverage tea = new Tea();
        tea.prepareRecipe();
    }
}

控制台输出：

烧开水
冲泡咖啡粉
倒入杯子
---
烧开水
浸泡茶叶
倒入杯子
加柠檬

反例

class CoffeeWithoutPattern {
    public void makeCoffee() {
        System.out.println("烧开水");
        System.out.println("冲泡咖啡粉");
        System.out.println("倒入杯子");
        System.out.println("加糖和牛奶"); // 重复代码
    }
}

class TeaWithoutPattern {
    public void makeTea() {
        System.out.println("烧开水");       // 重复代码
        System.out.println("浸泡茶叶");
        System.out.println("倒入杯子");    // 重复代码
        System.out.println("加柠檬");
    }
}

不使用模板方法模式时，存在以下问题：

重复代码：烧开水、倒入杯子等公共步骤在多个类中重复实现。
维护困难：修改流程需改动所有相关类，成本高。
流程失控：子类可能遗漏步骤或改变执行顺序，破坏业务逻辑。

原理

模板方法模式通过父类定义算法骨架（模板方法），将可变步骤抽象为方法（抽象方法或钩子方法），子类通过实现这些方法填充细节。模板方法使用 final 修饰防止子类覆盖，确保核心流程统一；钩子方法提供默认实现，子类可选择性覆盖以调整行为。

缺点

增加类数量：每个差异步骤需对应一个子类，可能导致类爆炸。
父类耦合：父类修改可能影响所有子类，需谨慎设计抽象方法。
继承复杂度：过度使用可能导致继承层次过深，系统难以理解。

总结

模板方法模式通过父类控制流程、子类填充细节的方式，有效解决多类相似流程的代码复用问题，尤其适合需要严格流程控制的场景（如框架设计）。其核心价值在于统一算法结构、降低维护成本，但需注意避免过度继承导致的系统复杂度上升。