设计模式之模板方法模式

 模板方法模式，我们将要深入封装算法块，好让子类可以在任何时候都可以将自己挂接进运算里。

茶和咖啡的冲泡方式非常相似，不信你瞧瞧：

快速搞定几个咖啡和茶的类。

public class Coffee {
 
    void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brewCoffeeGrinds();
        pourInCup();
        addSugarAndMilk();
    }
 
    public void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }
 
    public void brewCoffeeGrinds() {
        System.out.println("Dripping Coffee through filter");
    }
 
    public void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
 
    public void addSugarAndMilk() {
        System.out.println("Adding Sugar and Milk");
    }
}

接下来是茶：

public class Tea {
 
    void prepareRecipe() {
        boilWater();
        steepTeaBag();
        pourInCup();
        addLemon();
    }
 
    public void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }
 
    public void steepTeaBag() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }
 
    public void addLemon() {
        System.out.println("Adding Lemon");
    }
 
    public void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
}

 

可以看到，我们发现了重复的代码，需要清理下设计了。

我们可能想要设计一个基类,新的类层次如下：

 

更进一步的设计

星巴克咖啡冲泡法

1.把水煮沸

2.用沸水冲泡咖啡

3.把咖啡 倒进杯子

4.加糖和牛奶

星巴克茶冲泡法

1.把水煮沸

2.用沸水浸泡茶叶

3把茶倒进杯子

4加柠檬

注意2份冲泡法都采用了相同的算法：

1.把水煮沸

3.用热水泡咖啡或茶

3.把饮料倒进杯子

4在饮料内加入适当的调料

抽象prepareRecipe（）

  让我们从每一个子类（也就是茶和咖啡）中逐步抽象prepareRecipe（）。。

1.所遇到的 第一个问题，就是咖啡使用brewCoffeeGrinds()和addSugarAndMilk（）方法，而茶

使用的是steepTeaBag)(和addLemon（）方法。

 让我们来思考这一点：浸泡steep和冲泡brew差异其实不多。所以我们给他一个新的方法名称，比方说brew（），然后不管是泡茶或是冲泡咖啡我们都用这个名称。类似地，加糖和牛奶很相似：都是在饮料中加入调料。我们也用一个新的方法名称来解决：叫做addCondiments（）好了。这样一来，新的prepareRecipe()看起来像这样

void prepareRecipe()

{

   boilWater();

  brew();

  pourInCup();

addCondiments();

}

 2.现在，我们有了新的prepareRecipe（）方法，但是需要让它能符合代码，我们先从超类开始：

3最后，我们出来子类。子类依赖超类。

 

现在我们已经将prepareRecipe（）的实现放在超类中了。

认识模板方法

  基本 上，我们刚做的就是模板方法模式。这是什么？让我们看看咖啡因饮料类的结果，它包含了实际的“模板方法”。

注意，上面的有个小错误，final应放在void的前面，否则报错。

 

prepareRecipe（）是我们的模板方法。为什么？》

因为：

1.毕竟他是一个方法

2.它用作一个算法的模板，在这个例子中，算法是用来制作咖啡因饮料的。 

 在这个模板中，算法内的每一个步骤都被一个方法代表了。

某些方法是有这个类（超类）处理的。某些是由子类处理的。需要由子类提供的方法，必须在超类中声明为抽象。

模板方法定义了一个算法的步骤，并允许子类为一个或多个步骤提供实现。

 

走，泡茶去。。。

 让我们逐步地泡茶，追踪这个模板方法是如何工作的。你会得知在算法内的某些地方，该模板方法控制了算法。它让子类能够提供某些步骤的实现。。。

 

模板方法给我们带来了什么？

 

上面的图值得细看。

定义模板方法模式

  模板方法模式：在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

 这个模式是用来创建一个算法的模板。什么是模板？如你所见，模板就是一个方法。更具体的说，这个方法将算法定义成一组步骤，其中的任何步骤都可以是抽象的，由子类实现。这可以确保算法的结构保持不变，同时由子类提供部分实现。

让我们看看类图：

 

让我们细看抽象类是如何被定义的，包括了它内含的模板方法和原语操作。

让我们再靠近一点，详细看看抽象类可以有哪些类型的方法：

 

对模板方法进行挂钩

 钩子hook是一种被声明在抽象类中的方法，但是只有空的或者默认的实现。钩子的存在，可以让子类有能力对算法的不同点进行挂钩。要不要挂钩，由子类自行决定。

钩子有好几种用途，让我们先看其中一个：

上面的customerWantsCondiments()就是一个钩子，子类可以覆盖这个方法，但不一定要覆盖。

使用钩子

 为了使用钩子，我们在子类中覆盖它。在这里，钩子控制了咖啡因饮料是否执行某部分的算法，说的更明确一些，就是饮料中是否要加调料。

 我们如何得知顾客是否想要调料呢？开口问不就知道了。

public class CoffeeWithHook extends CaffeineBeverage{

            void brew() {
                // TODO Auto-generated method stub
                System.out.println("Dripping Coffee through filter");
            }

            void addCondiments() {
                // TODO Auto-generated method stub
                System.out.println("Adding Sugar and Milk");
            }
            
            public boolean customerWantsCondiments(){
                String answer=getUserInput();
                if(answer.toLowerCase().startsWith("y"))
                {
                    return true;
                }
                else
                {
                    return false;
                }
            }
            private String getUserInput()
            {
                String answer=null;
                System.out.println("would you like milk and sugar with your coffee (y/n");
                BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
                try {
                    answer=in.readLine();
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                if(answer==null)
                {
                    return "no";
                    
                }
                return answer;
            }
}

执行测试程序：

public class TestMain {
    public static void main(String[] args)
    {
     
        CoffeeWithHook coffeeWithHook=new CoffeeWithHook();
         
        coffeeWithHook.prepareRecipe();
    }

}

这个例子实在太酷了，使用钩子能够作为条件控制，影响抽象类中的算法流程。

问：当我创建一个模板方法时，怎么才能知道什么时候使用抽象方法，什么时候使用钩子？

 答：当你的子类“必须”提供算法中的某个方法或步骤的实现时，就是要抽象方法。如果算法的这个部分是可选的，就用钩子。如果是钩子的话，子类可以选择实现这个钩子 ，但并不强制这么做。

 

好莱坞原则：don't call me ,i'll call you!.

好莱坞原则可以给我们一种防止“依赖腐败”dependency rot的方法。当高层组件依赖低层组件，而低层组件又依赖高层组件，而高层组件又依赖边侧组件，而边侧组件又依赖低层组件时，依赖腐败就发生了。这种情况下，没有人可以轻易搞懂系统是如何设计的。

在好莱坞原则之下，我们允许低层组件自己挂钩到系统上，但是高层组件会决定什么时候和怎样使用这些低层组件。换句话说，高层组件对低层组件的方式是“别调用我们，我们会调用你”。

好莱坞原则和模板方法

  当我们设计模板方法模式时，我们告诉子类，“不要调用我们，我们会调用你”。怎样才能办到呢？让我们看看设计：

还有工厂方法和观察者模式都采用了这个原则。

问：低层组件不可以调用高层组件中的方法呢？

答：并不尽然。事实上，低层组件在结束时，常常会调用从超类中继承来的方法。我们要做的是，避免让高层组件和低层组件之间有明显的环状依赖。

 

荒野中的模板方法

 模板方法模式是一个很常见的模式，到处都是。尽管如此，你必须拥有一双锐利的眼睛，因为模板 方法有许多实现

这个模式很常见是因为对创建框架来说，这个模式简直棒极了。由框架控制如何做事情，而由你（使用这个框架的人）
指定框架算法中每个步骤的细节。

让我们步入荒野，展开狩猎把！（好吧！荒野就是指java api）。。。

 

写一个Swing的窗口程序
 JFrame有一个paint（）方法，在默认状态下，paint（）是不做明显的事情的，因为他是一个“钩子”！通过覆盖paint()，你可以将自己的代码插入JFrame的算法中，显示出你想要的画面。下面是一个简单的例子。

public class MyFrame extends JFrame{
    public MyFrame(String title)
    {
        super(title);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        
        this.setSize(300,300);
        this.setVisible(true);
    }
    
    public void paint(Graphics graphics)
    {
        super.paint(graphics);
        String msg="I rule!";
        graphics.drawString(msg,100,100);
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        new MyFrame("hello");
    }

}

 

要点：

为了防止子类改变模板方法中的算法，可以将模板方法声明为final 。

好莱坞原则告诉我们，将决策权放在高层模块中，以便决定如何以及何时调用低层组件。

策略模式和模板方法模式都封装算法，一个用组合，一个用继承。

工厂方法是模板方法的一种特殊版本。