模板方法模式：定義算法骨架的設計模式

一、模式核心：模板方法定義算法骨架，具體步驟延遲到子類實現

在軟件開發中，經常會遇到這樣的情況：某個算法的步驟是固定的，但具體步驟的實現可能因不同情況而有所不同。例如，在電商系統中，訂單的處理流程通常包括創建訂單、支付、發貨、通知用戶等步驟，但不同類型的訂單（如普通訂單、秒殺訂單）在支付和發貨環節的實現可能不同。

模板方法模式（Template Method Pattern） 定義了一個算法的骨架，將算法中的具體步驟延遲到子類中實現。模板方法模式讓子類在不改變算法結構的前提下，重新定義算法中的某些具體步驟，核心解決：

• 代碼復用：將算法的公共步驟封裝在父類中，避免子類重復實現。
• 算法擴展：子類可以通過重寫父類的具體步驟來擴展算法的實現。
• 流程控制：父類控制算法的整體流程，子類負責具體步驟的實現，確保算法的步驟順序不變。

核心思想與 UML 類圖（PlantUML 語法）

模板方法模式包含抽象類（Abstract Class）和具體子類（Concrete Class）。抽象類中定義了模板方法（Template Method）和若干基本方法（Primitive Methods），模板方法定義了算法的骨架，基本方法包括具體方法和抽象方法，具體方法在抽象類中已經實現，抽象方法在子類中實現。

二、核心實現：電商訂單處理流程

1. 定義抽象訂單類（模板類）

public abstract class AbstractOrder {// 模板方法：訂單處理流程public final void processOrder() {createOrder(); // 創建訂單（具體方法，在抽象類中實現）pay(); // 支付（抽象方法，由子類實現）deliverGoods(); // 發貨（抽象方法，由子類實現）notifyUser(); // 通知用戶（具體方法，在抽象類中實現）}// 具體方法：創建訂單（公共步驟，無需子類重寫）protected void createOrder() {System.out.println("創建訂單");}// 抽象方法：支付（不同訂單類型實現不同）protected abstract void pay();// 抽象方法：發貨（不同訂單類型實現不同）protected abstract void deliverGoods();// 具體方法：通知用戶（公共步驟，無需子類重寫）protected void notifyUser() {System.out.println("通知用戶訂單處理完成");}
}

2. 實現具體訂單類（普通訂單）

public class NormalOrder extends AbstractOrder {@Overrideprotected void pay() {System.out.println("普通訂單使用支付寶支付");}@Overrideprotected void deliverGoods() {System.out.println("普通訂單使用普通快遞發貨");}
}

3. 實現具體訂單類（秒殺訂單）

public class FlashSaleOrder extends AbstractOrder {@Overrideprotected void pay() {System.out.println("秒殺訂單使用微信支付（優先扣款）");}@Overrideprotected void deliverGoods() {System.out.println("秒殺訂單使用順豐快遞加急發貨");}
}

4. 客戶端使用模板方法模式

public class ClientDemo {public static void main(String[] args) {// 處理普通訂單AbstractOrder normalOrder = new NormalOrder();System.out.println("處理普通訂單：");normalOrder.processOrder();System.out.println("\n處理秒殺訂單：");AbstractOrder flashSaleOrder = new FlashSaleOrder();flashSaleOrder.processOrder();}
}

輸出結果：

處理普通訂單：
創建訂單
普通訂單使用支付寶支付
普通訂單使用普通快遞發貨
通知用戶訂單處理完成處理秒殺訂單：
創建訂單
秒殺訂單使用微信支付（優先扣款）
秒殺訂單使用順豐快遞加急發貨
通知用戶訂單處理完成

三、進階：鉤子方法（Hook Method）增強模板靈活性

在模板方法模式中，可以通過 鉤子方法 來增加算法的靈活性。鉤子方法是一個在抽象類中默認實現的方法，子類可以根據需要重寫該方法，以控制算法的流程。

1. 添加鉤子方法（是否需要短信通知）

public abstract class AbstractOrder {// ... 其他方法不變 ...// 鉤子方法：是否需要通知用戶（默認需要）protected boolean needNotifyUser() {return true;}// 模板方法中調用鉤子方法public final void processOrder() {createOrder();pay();deliverGoods();if (needNotifyUser()) { // 根據鉤子方法結果決定是否通知用戶notifyUser();}}
}

2. 子類重寫鉤子方法（秒殺訂單不需要通知用戶）

public class FlashSaleOrder extends AbstractOrder {// ... 其他方法不變 ...@Overrideprotected boolean needNotifyUser() {return false; // 秒殺訂單不通知用戶}
}

3. 客戶端測試鉤子方法效果

public class ClientDemo {public static void main(String[] args) {// ... 處理普通訂單 ...System.out.println("\n處理秒殺訂單（不通知用戶）：");AbstractOrder flashSaleOrder = new FlashSaleOrder();flashSaleOrder.processOrder();}
}

輸出結果：

處理秒殺訂單（不通知用戶）：
創建訂單
秒殺訂單使用微信支付（優先扣款）
秒殺訂單使用順豐快遞加急發貨

四、框架與源碼中的模板方法實踐

1. Java 的 AbstractList 類

Java 集合框架中的 AbstractList 類是模板方法模式的典型應用。AbstractList 定義了列表的基本操作流程，如 add、get 等方法，具體的實現由子類（如 ArrayList、LinkedList）完成。

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {// 模板方法：獲取元素public E get(int index) {throw new AbstractMethodError(); // 抽象方法，由子類實現}// 具體方法：添加元素（基于 get 和 set 實現）public boolean add(E e) {add(size(), e); // 調用子類實現的 add(int, E) 方法return true;}
}

2. Spring 的 JdbcTemplate

Spring 框架中的 JdbcTemplate 使用模板方法模式封裝了 JDBC 的操作流程。JdbcTemplate 定義了執行 SQL 的模板方法（如 queryForObject），具體的結果映射由回調接口（如 RowMapper）實現。

public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations {// 模板方法：查詢單個對象public <T> T queryForObject(String sql, RowMapper<T> rowMapper, Object... args) {return execute(sql, new PreparedStatementCallback<T>() {@Overridepublic T doInPreparedStatement(PreparedStatement ps) throws SQLException {ps.execute();ResultSet rs = ps.getResultSet();return rowMapper.mapRow(rs, 1); // 回調接口實現結果映射}}, args);}
}

五、避坑指南：正確使用模板方法模式的 3 個要點

1. 合理設計模板方法的訪問權限

模板方法通常定義為 final 方法，防止子類重寫，確保算法骨架的穩定性。如果需要子類重寫模板方法，可以將其定義為 protected 方法，但需謹慎使用，避免破壞算法結構。

2. 控制抽象類中的抽象方法數量

抽象類中的抽象方法應盡可能少，只包含那些必須由子類實現的步驟。如果抽象方法過多，會導致子類的實現復雜度增加，違背模板方法模式的初衷。

3. 避免在模板方法中調用子類的方法

在模板方法中應優先調用抽象類中的方法，避免直接調用子類的方法，否則可能導致循環依賴或子類未初始化的問題。如果需要調用子類的方法，可以通過抽象方法或鉤子方法實現。

六、總結：何時該用模板方法模式？

適用場景	核心特征	典型案例
算法步驟固定	算法的步驟順序是固定的，但具體步驟實現可變	訂單處理流程、考試流程
代碼復用	多個子類有共同的算法骨架和部分公共代碼	日志記錄器、文件處理器
流程控制	需要確保算法步驟的執行順序不被篡改	工作流引擎、游戲關卡流程

模板方法模式通過將算法骨架與具體實現分離，實現了代碼的復用和算法的擴展，是一種非常實用的設計模式。下一篇我們將深入探討迭代器模式，解析如何統一遍歷不同數據結構的方式，敬請期待！

擴展思考：模板方法模式 vs 策略模式

類型	核心思想	適用場景
模板方法模式	定義算法骨架，具體步驟由子類實現	算法步驟固定，部分步驟需變化
策略模式	定義一系列算法，可動態切換算法實現	算法可動態選擇，客戶端主動切換

理解這種差異，能幫助我們在不同場景下選擇更合適的設計模式。