22.设计模式-TEMPLATE METHOD(模板方法)
一、模式定义与核心思想
模板方法模式是一种行为型设计模式，其核心目标是定义算法的骨架，将某些步骤延迟到子类中实现。该模式通过将不变逻辑与可变逻辑解耦，实现以下核心价值：
- 算法复用：在抽象类中固化公共流程，减少重复代码（如Spring框架的
JdbcTemplate统一处理数据库连接）。 - 扩展可控：子类仅重写特定步骤，避免破坏整体结构（如游戏角色状态机中不同行为的差异化实现）。
- 反向控制：父类控制流程调用顺序，子类专注具体实现（如Android Activity生命周期管理）。
核心设计哲学：
- 封装不变：公共步骤（如资源初始化、异常处理）在抽象类中实现，消除冗余。
- 开放变化：通过抽象方法或钩子方法（Hook Method）暴露扩展点，支持灵活定制。
典型应用场景：
- 框架设计（如Spring Boot自动配置流程）
- 多平台功能适配（如跨系统安装器统一流程）
- 业务流程标准化（如电商订单状态流转）
二、模式组成与UML类图
核心角色
- AbstractClass（抽象类）：
-
- 定义模板方法
templateMethod()，编排算法步骤（如prepareRecipe()定义饮料制作流程）。 - 包含具体方法（如
boilWater()）和抽象方法（如brew()）。
- 定义模板方法
- ConcreteClass（具体类）：
-
- 实现抽象方法，提供差异化逻辑（如
Coffee和Tea重写冲泡步骤）。 - 可选覆盖钩子方法实现流程微调（如跳过某些步骤）。
- 实现抽象方法，提供差异化逻辑（如
UML类图
classDiagram
class AbstractClass {
<<abstract>>
+templateMethod()
#step1()
#step2()
+concreteStep()
}
class ConcreteClassA {
+step1()
+step2()
}
class ConcreteClassB {
+step1()
+step2()
}
AbstractClass <|-- ConcreteClassA
AbstractClass <|-- ConcreteClassB
三、代码实现示例
场景：实现跨平台文件处理框架（文本文件与二进制文件差异化解析）
1. 抽象类定义模板方法
public abstract class FileProcessor {
// 模板方法（final防止子类重写流程）
public final void processFile(String filename) {
openFile(filename);
readData();
closeFile();
}
// 抽象方法（由子类实现）
protected abstract void openFile(String filename);
protected abstract void readData();
// 具体方法（公共逻辑）
private void closeFile() {
System.out.println("关闭文件句柄");
}
}
2. 具体类实现差异化逻辑
// 文本文件处理器
public class TextFileProcessor extends FileProcessor {
@Override
protected void openFile(String filename) {
System.out.println("以文本模式打开文件: " + filename);
}
@Override
protected void readData() {
System.out.println("逐行读取文本内容...");
}
}
// 二进制文件处理器
public class BinaryFileProcessor extends FileProcessor {
@Override
protected void openFile(String filename) {
System.out.println("以二进制模式打开文件: " + filename);
}
@Override
protected void readData() {
System.out.println("按字节流读取二进制数据...");
}
}
3. 客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
FileProcessor textProcessor = new TextFileProcessor();
textProcessor.processFile("demo.txt");
FileProcessor binaryProcessor = new BinaryFileProcessor();
binaryProcessor.processFile("data.bin");
}
}
四、工业级源码应用
- Spring框架的JdbcTemplate
-
JdbcTemplate.execute()方法定义SQL执行流程（获取连接、创建语句、执行、释放资源），具体SQL逻辑由回调接口实现。
public class JdbcTemplate {
public <T> T execute(ConnectionCallback<T> action) {
Connection con = getConnection();
try {
return action.doInConnection(con);
} finally {
releaseConnection(con);
}
}
}
- Android Activity生命周期
-
Activity.onCreate()/onPause()等方法为模板方法，子类重写特定生命周期回调。
- Java AQS同步器
-
AbstractQueuedSynchronizer定义获取锁的模板方法acquire()，子类实现tryAcquire()等抽象方法。
- Spring Boot自动配置
-
@EnableAutoConfiguration通过AutoConfigurationImportSelector加载配置类，模板方法模式筛选符合条件的配置。
- 游戏引擎状态机
-
- Unity的角色行为状态机使用模板方法定义
Enter()/Update()/Exit()流程，子类实现具体状态逻辑。
- Unity的角色行为状态机使用模板方法定义
五、模式优劣与最佳实践
优势：
- 代码复用率提升30%+：公共流程集中维护（如JDBC资源管理）。
- 符合开闭原则：新增功能通过扩展而非修改实现（如新增文件处理器类型）。
局限性：
- 类膨胀风险：每个差异化实现需单独子类（可通过组合模式优化）。
- 继承强耦合：子类与父类绑定，影响单元测试（推荐结合依赖注入）。
最佳实践：
- 钩子方法扩展：在模板方法中插入空方法（如
beforeRead()），允许子类选择性覆盖。 - 与策略模式结合：将可变步骤委托给策略接口，减少子类数量。
- 异步流程支持：模板方法中集成CompletableFuture实现非阻塞调用（如高并发文件处理）。
总结
模板方法模式如同软件架构的“标准化流水线”，通过流程固化与局部定制的巧妙平衡，在框架设计、跨平台适配等领域展现出强大的生命力。其设计精髓在于将稳定性与灵活性统一，开发者需重点把控抽象方法的粒度，结合具体场景选择继承或组合策略，从而构建出高复用、易维护的现代化系统架构。
浙公网安备 33010602011771号