模板方法模式（Template Method Pattern）
模板方法模式（Template Method Pattern）是一種行為設計模式，它定義了一個操作中的算法的骨架，將算法的一些步驟延遲到子類中。這樣可以在不改變算法的結構的前提下，重新定義算法的某些特定步驟。
核心組件
- AbstractClass（抽象類）：這是一個抽象基類，它定義了一套算法的模板。它實現了模板方法，定義了算法的骨架，具體步驟由子類實現。
- ConcreteClass（具體類）：這些類繼承自抽象基類，并實現其算法中的具體步驟。
適用場景
- 一次性實現算法的不變部分：
- 當算法的大部分結構固定不變，但某些步驟具有多變性時，可使用模板方法模式。
- 各子類中公共行為應提取到單一位置避免代碼重復：
- 通過模板方法模式，可以將公共行為提取到超類中，通過繼承機制復用這部分代碼。
- 控制子類擴展：
- 模板方法模式通過將算法的核心流程固化在超類中，防止子類破壞原有算法的結構。
實現實例
以一個簡單的游戲開發為例，其中游戲的基本結構（啟動、開始、結束）是固定的，但具體每個階段的實現可以根據不同類型的游戲變化。使用模板方法模式可以固定游戲的主體流程，而將具體步驟的實現留給子類：
抽象類（Abstract Class）
這個類定義了游戲的基本流程，并將具體實現留給子類。
public abstract class Game {abstract void initialize();abstract void startPlay();abstract void endPlay();// 模板方法public final void play() {initialize(); // 初始化游戲startPlay(); // 開始游戲endPlay(); // 結束游戲}
}
具體類（Concrete Classes）
這些類繼承自抽象基類，并實現了其具體的操作。
public class Cricket extends Game {@Overridevoid initialize() {System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");}@Overridevoid startPlay() {System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");}@Overridevoid endPlay() {System.out.println("Cricket Game Finished!");}
}public class Football extends Game {@Overridevoid initialize() {System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");}@Overridevoid startPlay() {System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");}@Overridevoid endPlay() {System.out.println("Football Game Finished!");}
}
客戶端代碼（Client Code）
這部分代碼演示了如何使用模板方法模式來規范游戲的流程。
public class Client {public static void main(String[] args) {Game game = new Cricket();game.play(); // 按照Cricket的流程執行游戲game = new Football();game.play(); // 按照Football的流程執行游戲}
}
優缺點
優點
- 提高代碼復用性：
- 將通用部分的代碼放在抽象的父類中，減少了子類的重復代碼。
- 擴展性好：
- 新增具體類時，只需實現算法的可變部分，不需修改已有的代碼。
- 控制子類擴展：
- 可以在超類中定義嚴格的算法規則，限定子類的行為和結構。
缺點
- 對繼承的依賴：
- 模板方法模式通過繼承來實現，可能會導致過多的類層次。
- 可能違背Liskov替換原則：
- 如果子類不適當地實現父類的方法，可能會違背Liskov替換原則。
類圖
+----------------+ +------------------+
| AbstractClass|-------->| ConcreteClass |
+----------------+ +------------------+
| + templateMethod() | + step1() |
| + step1() | + step2() |
| + step2() +------------------+
| + step3() |
+----------------+ |
| + step3() |
+----------------+ ||+-------------------+|| |
+---------------+ +-----------------+
|ConcreteClassA | |ConcreteClassB |
+---------------+ +-----------------+
| + step1() | | + step1() |
| + step2() | | + step2() |
| + step3() | | + step3() |
+---------------+ +-----------------+
注意事項
設計靈活性與復雜性：
模板方法模式雖然提高了代碼的復用性，但也可能導致設計過于復雜。在設計時應確保不過度使用，以免造成系統的不必要復雜。
子類的設計約束：
子類實現時必須遵循抽象基類的方法模板，這限制了子類的靈活性。設計者需要在提供足夠的靈活性和維持算法結構之間找到平衡。
重構與維護：
如果模板方法本身需要修改，可能會影響到所有的子類。因此，在模板方法中應盡量減少修改的可能性，確保長時間的穩定性。
總結
模板方法模式是一種強大的設計工具，通過預定義算法的結構，提供了高度的復用性和擴展性。它不僅適用于軟件開發，還廣泛應用于系統設計和業務流程管理。通過對模式的適當擴展和優化，可以有效應對更加復雜和動態的設計挑戰。這種模式的成功實施需要深入理解業務需求和技術上的靈活運用，以確保設計的可維護性和系統的可擴展性。
