定義
模板方法模式是類的行為模式。準(zhǔn)備一個(gè)抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構(gòu)造函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，然后聲明一些抽象方法來(lái)迫使子類實(shí)現(xiàn)剩余的邏輯。不同的子類可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)這些抽象方法，從而對(duì)剩余的邏輯有不同的實(shí)現(xiàn)。這就是模板方法模式的用意。
模板方法模式的結(jié)構(gòu)
模板方法模式是所有模式中最為常見的幾個(gè)模式之一，是基于繼承的代碼服用的基本技術(shù)。
模板方法模式需要開發(fā)抽象類和具體子類的設(shè)計(jì)師之間的協(xié)作。一個(gè)設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)給出一個(gè)算法的輪廓和骨架，另一些設(shè)計(jì)師則負(fù)責(zé)給出這個(gè)算法的各個(gè)邏輯步驟。代表這些具體邏輯步驟的方法稱作基本方法(primitive method)； 而將這些基本方法匯總起來(lái)的方法叫做模板方法(template method)，這個(gè)設(shè)計(jì)模式的名字就是由此而來(lái)。
模板方法所代表的行為稱為頂級(jí)行為，其邏輯稱為頂級(jí)邏輯。模板方法模式的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
這里涉及到兩個(gè)角色：
抽象模板(Abstract Template)角色，具有如下責(zé)任：
- 定義了一個(gè)或多個(gè)抽象操作以便讓子類實(shí)現(xiàn)。這些抽象操作叫做基本操作。他們是一個(gè)頂級(jí)邏輯的組成結(jié)構(gòu)。
- 定義并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模板方法。這個(gè)模板方法一般是一個(gè)具體方法，它給出了一個(gè)頂級(jí)邏輯的骨架，而邏輯的組成步驟在相應(yīng)的抽象操作中，推遲到子類實(shí)現(xiàn)。頂級(jí)邏輯也有可能調(diào)用一些具體方法。
具體模板(Concrete Template)角色，具有如下責(zé)任：
- 實(shí)現(xiàn)父類所定義的一個(gè)或多個(gè)抽象方法，他們是一個(gè)頂級(jí)邏輯的組成步驟。
- 每一個(gè)抽象模板角色都可以有任意多個(gè)具體模板角色與之對(duì)應(yīng)，而每一個(gè)具體模板角色都可以給出這些抽象方法(也就是頂級(jí)邏輯的組成步驟)的不同實(shí)現(xiàn)，從而使得頂級(jí)邏輯的實(shí)現(xiàn)各不相同。
示例代碼
抽象模板角色類，abstractMethod()、hookMethod()等基本方法是頂級(jí)邏輯的組成步驟，這個(gè)頂級(jí)邏輯是由templateMethod()方法代表。
public abstract class AbstractTemplate {
/**
* 模板方法
*/
public void templateMethod() {
//調(diào)用基本方法
abstractMethod();
hookMethod();
concreteMethod();
}
/**
* 基本方法的聲明(由子類實(shí)現(xiàn))
*/
protected abstract void abstractMethod();
/**
* 基本方法(空方法)
*/
protected void hookMethod(){}
/**
* 基本方法(已經(jīng)實(shí)現(xiàn))
*/
protected final void concreteMethod() {
// TODO 業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
}
具體模板角色類，實(shí)現(xiàn)了父類所聲明的基本方法，abstractMethod()方法代表的就是強(qiáng)制子類實(shí)現(xiàn)的剩余邏輯，而hookMethod()方法是可以選擇實(shí)現(xiàn)的邏輯，不是必須實(shí)現(xiàn)的。
public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate {
/**
* 對(duì)父類基本方法的實(shí)現(xiàn)
*/
protected void abstractMethod() {
// TODO 業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
/**
* 重寫父類的方法
*/
@Override
protected void hookMethod() {
// TODO 業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
}
模板方法模式的關(guān)鍵是：子類可以置換掉父類的可變部分，但是子類卻不可以改變模板方法所代表的頂級(jí)邏輯。
每當(dāng)定義一個(gè)新的子類時(shí)，不要按照控制流程的思路去想，而應(yīng)當(dāng)按照“責(zé)任”的思路去想。換而言之，應(yīng)當(dāng)考慮哪些操作是必需置換掉的，哪些操作是可以置換掉的，以及哪些操作時(shí)不可以置換掉的。使用模板模式可以使這些責(zé)任變得清晰。
模板方法模式中的方法
模板方法模式中的方法可以分為兩大類：模板方法和基本方法。
模板方法
一個(gè)模板方法是定義在抽象類中的，把基本操作方法組合在一起形成一個(gè)總算法或者一個(gè)總行為的方法。
一個(gè)抽象類可以有任意多個(gè)模板方法，而不限于一個(gè)。每一個(gè)模板方法都可以調(diào)用任意多個(gè)具體方法。
基本方法
基本方法又可以分為三類：抽象方法(Abstract Method)、具體方法(Concrete Method)和鉤子方法(Hook Method)。
-
抽象方法：一個(gè)抽象方法由抽象類聲明，由具體子類實(shí)現(xiàn)。在Java語(yǔ)言里抽象方法以
Abstract關(guān)鍵字標(biāo)示。 - 具體方法：一個(gè)具體方法由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)，而子類并不實(shí)現(xiàn)或置換。
- 鉤子方法：一個(gè)鉤子方法由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)，而子類會(huì)加以拓展。通常抽象類給出的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)空實(shí)現(xiàn)，作為方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。
在上面的例子中，AbstractTemplate是一個(gè)抽象類，她有三個(gè)方法，其中abstractMethod()是一個(gè)抽象方法，它由抽象類聲明為抽象方法，并由子類實(shí)現(xiàn)；hookMethod()是一個(gè)鉤子方法，它由抽象類聲明并提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，并且由子類置換掉；concreteMethod()是一個(gè)具體方法，它由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)。
默認(rèn)鉤子方法
一個(gè)鉤子方法常常由抽象類給出一個(gè)空實(shí)現(xiàn)作為此方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。這種空的鉤子方法叫做“Do Nothing Hook”。顯然，這種默認(rèn)鉤子方法在缺省適配模式里面已經(jīng)見過了，一個(gè)缺省適配模式講的是一個(gè)類為一個(gè)接口提供一個(gè)默認(rèn)的空實(shí)現(xiàn)，從而使得缺省適配類的子類不必像實(shí)現(xiàn)接口那樣必須給出所有方法的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥ǔＲ粋€(gè)具體類并不需要所有的方法。
命名規(guī)則
命名規(guī)則是設(shè)計(jì)師之間可以溝通的管道之一，使用恰當(dāng)?shù)拿?guī)則可以幫助不同設(shè)計(jì)師之間的溝通。
鉤子方法的命名應(yīng)當(dāng)以do開始，這是熟悉設(shè)計(jì)模式的Java開發(fā)人員的標(biāo)準(zhǔn)做法。在上面的例子中，鉤子方法hookMethod()應(yīng)當(dāng)以do開頭；在HttpServlet類中，也遵從這一命名規(guī)則，例如doGet()、doPost()等方法。
使用場(chǎng)景
考慮一個(gè)計(jì)算存款利息的例子。假設(shè)系統(tǒng)需要支持兩種存款賬號(hào)，即貨幣市場(chǎng)(Money Market)賬號(hào)和定期存款(Certificate of Deposite)賬號(hào)。這兩種賬號(hào)的存款利息是不同的，因此，在計(jì)算 一個(gè)存戶的存款利息額時(shí)，必須區(qū)分兩種不同的賬號(hào)類型。
這個(gè)系統(tǒng)的總行為應(yīng)當(dāng)是計(jì)算出利息，這就決定了作為一個(gè)模板方法模式的頂級(jí)邏輯應(yīng)當(dāng)是利息計(jì)算。由于利息計(jì)算涉及到兩個(gè)步驟： 一個(gè)基本方法給出賬號(hào)種類，另一個(gè)基本方法給出利息百分比。這兩個(gè)基本方法構(gòu)成具體邏輯，因?yàn)橘~號(hào)的類型不同，所以具體邏輯會(huì)有所不同。
顯然，系統(tǒng)需要一個(gè)抽象角色給出頂級(jí)行為的實(shí)現(xiàn)，而將兩個(gè)作為細(xì)節(jié)步驟的基本方法留給具體子類實(shí)現(xiàn)。由于需要考慮的賬號(hào)有兩種：一種是貨幣市場(chǎng)賬號(hào)，另一種是定期存款賬號(hào)。系統(tǒng)的類結(jié)構(gòu)如下圖所示：
示例代碼
抽象模板角色類
public abstract class Account {
/**
* 模板方法，計(jì)算利息數(shù)額
* @return 返回利息數(shù)額
*/
public final double calculateInterest() {
//利息百分比
double interestRate = doCalculateInterestRate();
//賬號(hào)類型
String accountType = doCalculateAccountType();
//賬號(hào)內(nèi)存款
double amount = calculateAmount(accountType);
//返回利息數(shù)額
return amount * interestRate;
}
/**
* 基本方法，留給子類實(shí)現(xiàn)
* @return
*/
protected abstract String doCalculateAccountType();
/**
* 基本方法，留給子類實(shí)現(xiàn)
* @return
*/
protected abstract double doCalculateInterestRate();
/**
* 基本方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)
* @param accountType
* @return
*/
private double calculateAmount(String accountType) {
//TODO 省略相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯
return 1234.00;
}
}
具體模板角色類
public class MoneyMarketAccount extends Account {
@Override
protected String doCalculateAccountType() {
return "Money Market";
}
@Override
protected double doCalculateInterestRate() {
return 0.045;
}
}
public class CDAccount extends Account {
@Override
protected String doCalculateAccountType() {
return "Certificate of Deposite";
}
@Override
protected double doCalculateInterestRate() {
return 0.06;
}
}
客戶端類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Account account = new MoneyMarketAccount();
System.out.println("貨幣市場(chǎng)賬號(hào)的利息數(shù)額為：" + account.calculateInterest());
account = new CDAccount();
System.out.println("定期賬號(hào)的利息數(shù)額為：" + account.calculateInterest());
}
}
模板方法模式在Servlet中的應(yīng)用
使用過Servlet的人都清楚，除了要在web.xml做相應(yīng)的配置之外，還需要繼承一個(gè)叫做HttpServlet的抽象類。HttpServlet類中，提供了一個(gè)service()方法，這個(gè)方法調(diào)用七個(gè)do方法中的一個(gè)或幾個(gè)，完成對(duì)于客戶端調(diào)用的響應(yīng)。這些do方法需要由HttpServlet的具體子類提供，因此這是典型的模板方法模式。下面是service()方法的源代碼：
protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
throws ServletException, IOException
{
String method = req.getMethod();
if (method.equals(METHOD_GET)) {
long lastModified = getLastModified(req);
if (lastModified == -1) {
// servlet doesn't support if-modified-since, no reason
// to go through further expensive logic
doGet(req, resp);
} else {
long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
if (ifModifiedSince < lastModified) {
// If the servlet mod time is later, call doGet()
// Round down to the nearest second for a proper compare
// A ifModifiedSince of -1 will always be less
maybeSetLastModified(resp, lastModified);
doGet(req, resp);
} else {
resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
}
}
} else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
long lastModified = getLastModified(req);
maybeSetLastModified(resp, lastModified);
doHead(req, resp);
} else if (method.equals(METHOD_POST)) {
doPost(req, resp);
} else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
doPut(req, resp);
} else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
doDelete(req, resp);
} else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
doOptions(req,resp);
} else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
doTrace(req,resp);
} else {
//
// Note that this means NO servlet supports whatever
// method was requested, anywhere on this server.
//
String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
Object[] errArgs = new Object[1];
errArgs[0] = method;
errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg);
}
}
當(dāng)然，這個(gè)service()方法也可以被子類置換掉。
下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的Servlet的例子：
從上面的類圖可以看出，TestServlet類是HttpServlet類的子類，并且置換掉了父類的兩個(gè)方法：doGet()和doPost()。
public class TestServlet extends HttpServlet {
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
System.out.println("using the GET method");
}
public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
System.out.println("using the POST method");
}
}
從上面的例子可以看出這是一個(gè)典型的模板方法模式。
HttpServlet擔(dān)任抽象模板角色
模板方法：由service()方法擔(dān)任。
基本方法：由doPost()、doGet()等方法擔(dān)任。
TestServlet擔(dān)任具體模板角色
TestServlet置換掉了父類HttpServlet中七個(gè)基本方法中的其中兩個(gè)，分別是doGet()和doPost()。
