设计模式学习13(Java实现)——模板方法模式

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**项目源码
https://gitee.com/zhuang-kang/DesignPattern**

15，模板方法模式

15.1 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。

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，间接地增加了系统实现的复杂度。
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。
由于继承关系自身的缺点，如果父类添加新的抽象方法，则所有子类都要改一遍。

15.2 模板方法模式的结构与实现

15.2.1 模板方法模式的结构

模板方法（Template Method）模式包含以下主要角色：

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。
- 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。
- 基本方法：是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。基本方法又可以分为三种：
  - 抽象方法(Abstract Method) ：一个抽象方法由抽象类声明、由其具体子类实现。
  - 具体方法(Concrete Method) ：一个具体方法由一个抽象类或具体类声明并实现，其子类可以进行覆盖也可以直接继承。
  - 钩子方法(Hook Method) ：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。
    一般钩子方法是用于判断的逻辑方法，这类方法名一般为isXxx，返回值类型为boolean类型。
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组成步骤。

15.2.2 代码实现

AbstractClass

package com.zhuang.template;

/**
 * @Classname AbstractClass
 * @Description 抽象类
 * @Date 2021/3/26 20:06
 * @Created by dell
 */

public abstract class AbstractClass {
    public final void work() {
        //起床
        this.wake();
        //刷牙
        this.brush();
        //吃早饭
        this.breakfast();
        //交通工具
        this.transport();
        //睡觉
        this.sleep();
    }

    //步骤一样 直接实现
    public void wake() {
        System.out.println("起床...");
    }

    //步骤一样 直接实现
    public void brush() {
        System.out.println("刷牙...");
    }

    // 步骤不一样 (一个是吃面包 一个是喝牛奶)
    public abstract void breakfast();

    // 步骤不一样 (一个是开车 一个是坐地铁)
    public abstract void transport();

    // 步骤一样 直接实现
    public void sleep() {
        System.out.println("睡觉...");
    }

}

ConcreteClass_BreakFast

package com.zhuang.template;

/**
 * @Classname ConcreteClass_BreakFast
 * @Description 具体类 早饭类 继承
 * @Date 2021/3/26 20:13
 * @Created by dell
 */

public class ConcreteClass_BreakFast extends AbstractClass {
    @Override
    public void breakfast() {
        System.out.println("吃面包...");
    }

    @Override
    public void transport() {
        System.out.println("坐公交...");
    }
}

ConcreteClass_Transport

package com.zhuang.template;

/**
 * @Classname ConcreteClass_Transport
 * @Description 交通工具类 继承
 * @Date 2021/3/26 20:14
 * @Created by dell
 */

public class ConcreteClass_Transport extends AbstractClass {
    @Override
    public void breakfast() {
        System.out.println("喝牛奶...");
    }

    @Override
    public void transport() {
        System.out.println("乘地铁...");
    }
}

Client

package com.zhuang.template;

/**
 * @Classname Client
 * @Description 模板方法模式 测试类
 * @Date 2021/3/26 20:16
 * @Created by dell
 */

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //吃面包 坐公交
        System.out.println("周一");
        AbstractClass breakFast = new ConcreteClass_BreakFast();
        breakFast.work();

        System.out.println("========================");
        System.out.println("周五");
        AbstractClass transport = new ConcreteClass_Transport();
        transport.work();
    }
}

钩子方法

AbstractClass

package com.zhuang.template.hook_method;

/**
 * @Classname AbstractClass
 * @Description 抽象类
 * @Date 2021/3/26 20:06
 * @Created by dell
 */

public abstract class AbstractClass {
    public final void work() {
        //起床
        this.wake();
        //刷牙
        this.brush();
        //吃早饭
        this.breakfast();
        //交通工具
        if (isSunday()) {
            this.transport();
        }
        //睡觉
        this.sleep();
    }

    //步骤一样 直接实现
    public void wake() {
        System.out.println("起床...");
    }

    //步骤一样 直接实现
    public void brush() {
        System.out.println("刷牙...");
    }

    // 步骤不一样 (一个是吃面包 一个是喝牛奶)
    public abstract void breakfast();

    // 步骤不一样 (一个是开车 一个是坐地铁)
    public abstract void transport();

    // 步骤一样 直接实现
    public void sleep() {
        System.out.println("睡觉...");
    }

    //钩子方法 是否为周末 周末不用交通工具
    boolean isSunday() {
        return false;
    }

}

ConcreteClass_BreakFast

package com.zhuang.template.hook_method;

/**
 * @Classname ConcreteClass_BreakFast
 * @Description 具体类 早饭类 继承
 * @Date 2021/3/26 20:13
 * @Created by dell
 */

public class ConcreteClass_BreakFast extends AbstractClass {
    @Override
    public void breakfast() {
        System.out.println("吃面包...");
    }

    @Override
    public void transport() {
        System.out.println("坐公交...");
    }
}

ConcreteClass_Transport

package com.zhuang.template.hook_method;

/**
 * @Classname ConcreteClass_Transport
 * @Description 交通工具类 继承
 * @Date 2021/3/26 20:14
 * @Created by dell
 */

public class ConcreteClass_Transport extends AbstractClass {
    @Override
    public void breakfast() {
        System.out.println("喝牛奶...");
    }

    @Override
    public void transport() {
        System.out.println("乘地铁...");
    }
}

ConcreteClass_Sunday

package com.zhuang.template.hook_method;

/**
 * @Classname ConcreteClass_Sunday
 * @Description 周末 不用上班 空实现交通方法
 * @Date 2021/3/26 20:28
 * @Created by dell
 */

public class ConcreteClass_Sunday extends AbstractClass{

    @Override
    public void breakfast() {
        System.out.println("吃面包或者喝牛奶...");
    }

    @Override
    public void transport() {
        //空实现
    }

    @Override
    boolean isSunday() {
        System.out.println("今天周末，休息...");
        return true;
    }
}

Client

package com.zhuang.template.hook_method;

/**
 * @Classname Client
 * @Description 模板方法 测试钩子方法
 * @Date 2021/3/26 20:26
 * @Created by dell
 */

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass sunday = new ConcreteClass_Sunday();
        sunday.work();
    }
}

15.3 模板方法模式的应用场景

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。

15.4 JDK源码解析

InputStream类就使用了模板方法模式。在InputStream类中定义了多个 read() 方法，如下：

public abstract class InputStream implements Closeable {
    //抽象方法，要求子类必须重写
    public abstract int read() throws IOException;

    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }

    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        if (b == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return 0;
        }

        int c = read(); //调用了无参的read方法，该方法是每次读取一个字节数据
        if (c == -1) {
            return -1;
        }
        b[off] = (byte)c;

        int i = 1;
        try {
            for (; i < len ; i++) {
                c = read();
                if (c == -1) {
                    break;
                }
                b[off + i] = (byte)c;
            }
        } catch (IOException ee) {
        }
        return i;
    }
}

从上面代码可以看到，无参的 read() 方法是抽象方法，要求子类必须实现。而 read(byte b[]) 方法调用了 read(byte b[], int off, int len) 方法，所以在此处重点看的方法是带三个参数的方法。

在该方法中第18行、27行，可以看到调用了无参的抽象的 read() 方法。

总结如下：在InputStream父类中已经定义好了读取一个字节数组数据的方法是每次读取一个字节，并将其存储到数组的第一个索引位置，读取len个字节数据。具体如何读取一个字节数据呢？由子类实现。

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设计模式学习13(Java实现)——模板方法模式

15，模板方法模式

15.1 模板方法模式的定义和特点

15.2 模板方法模式的结构与实现

15.2.1 模板方法模式的结构

15.2.2 代码实现

15.3 模板方法模式的应用场景

15.4 JDK源码解析

康小庄

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