第十章模板方式模式（Template Methods）

模板方法模式的定义和特点

模板方法（Template Method）模式的定义如下：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。它是一种类行为型模式。当我们要完成在某一细节层次一致的一个过程或者一系列步骤，但其个别步骤在更详细的层次上的实现可能不同时，可以考虑用模板方法模式来处理。

该模式的主要优点如下。

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。
它在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。

该模式的主要缺点如下。

对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象。
父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度

模板方法模式的实现

结构

抽象类（Abstract Class）：负责给出一个算法的轮廓和骨架。它由一个模板方法和若干个基本方法构成。这些方法的定义如下。

（1）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。

（2）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：在抽象类中申明，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。

具体子类（Concrete Class）：实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法，它们是一个顶级逻辑的一个组成步骤。

实现

（1）不含钩子方法

抽象父类：

public abstract class AbstractClass {

    /**
     * 模板方法
     * 给出了算法的骨架，此算法由一系列抽象步骤组成，而步骤的实现则推迟到了具体的子类中
     */
    public void templateMethod() {
        specificMethod();
        abstractMethodOne();
        abstractMethodTwo();
    }

    public void specificMethod() {
        System.out.println("抽象类中的具体方法。。。");
    }

    public abstract void abstractMethodOne();

    public abstract void abstractMethodTwo();
}

两个具体子类：

public class ConcreteClassOne extends AbstractClass {

    @Override
    public void abstractMethodOne() {
        System.out.println("实现类1，方法1.。。");
    }

    @Override
    public void abstractMethodTwo() {
        System.out.println("实现类1，方法2.。。");
    }
}

public class ConcreteClassTwo extends AbstractClass {

    @Override
    public void abstractMethodOne() {
        System.out.println("实现类2，方法1.。。");
    }

    @Override
    public void abstractMethodTwo() {
        System.out.println("实现类2，方法2.。。");
    }
}

测试类：

public class TemplateMethodTest {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass abstractClass = null;

        abstractClass = new ConcreteClassOne();
        abstractClass.templateMethod();

        abstractClass = new ConcreteClassTwo();
        abstractClass.templateMethod();
    }
}

测试结果：

抽象类中的具体方法。。。
实现类1，方法1.。。
实现类1，方法2.。。
抽象类中的具体方法。。。
实现类2，方法1.。。
实现类2，方法2.。。

Process finished with exit code 0

模板方法模式则是把不变的的行为抽象到父类中，减少子类中的重复代码。将可变的行为推迟到子类去实现。由此来实现相同的算法骨架下，算法步骤下，不同的实现。

上面的例子中，在抽象父类中，定义了2个抽象方法，两个子类分别实现了这两个抽象方法。而specialMethod方法则是不变的方法，为两个子类共有。abstractMethodOne和abstractMethodTwo方法则推迟到子类实现。

（2）包含钩子方法

对上面的例子做简单的改造：

抽象父类：

public abstract class HookAbstractClass {

    /**
     * 模板方法
     * 给出了算法的骨架，此算法由一系列抽象步骤组成，而步骤的实现则推迟到了具体的子类中
     *子类可以通过重写钩子方法来控制父类的模板方法的执行结果
     */
    public void templateMethod() {
        hookMethod1();

        if (hookMethod2()) {
            specificMethod();
        }

        abstractMethodOne();
        abstractMethodTwo();
    }

    public void specificMethod() {
        System.out.println("抽象类中的具体方法。。。");
    }

    /**
     * 钩子方法1
     */
    public abstract void hookMethod1();

    /**
     * 钩子方法2
     *
     * @return
     */
    public abstract boolean hookMethod2();

    public abstract void abstractMethodOne();

    public abstract void abstractMethodTwo();
}

子类：

public class HookConcreteClass extends HookAbstractClass {

    @Override
    public void hookMethod1() {
        System.out.println("子类实现的钩子方法1。。。");
    }

    @Override
    public boolean hookMethod2() {
        return false;
    }

    @Override
    public void abstractMethodOne() {
        System.out.println("实现类1，方法1.。。");
    }

    @Override
    public void abstractMethodTwo() {
        System.out.println("实现类1，方法2.。。");
    }
}

测试类：

public class HookTemplateMethodTest {

    public static void main(String[] args) {
        HookAbstractClass abstractClass = null;

        abstractClass = new HookConcreteClass();
        abstractClass.templateMethod();
    }
}

测试结果：

子类实现的钩子方法1。。。
实现类1，方法1.。。
实现类1，方法2.。。

Process finished with exit

上面的例子中，在抽象父类中，通过定义了钩子方法，并通过钩子进行了流程控制，达到了子类控制父类的效果。

模式的应用场景

模板方法模式通常适用于以下场景。

算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。
当多个子类存在公共的行为时，可以将其提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。首先，要识别现有代码中的不同之处，并且将不同之处分离为新的操作。最后，用一个调用这些新的操作的模板方法来替换这些不同的代码。
当需要控制子类的扩展时，模板方法只在特定点调用钩子操作，这样就只允许在这些点进行扩展。