模版方法模式

模版方法模式

一、什么是模版方法模式

模板模式 ：解决某类事情的步骤有些是固定的，有些是会发生变化的，那么这时候我们可以为这类事情提供一个模板代码，从而提高效率。
通过定义一个算法骨架，而将算法中的步骤延迟到子类，这样子类就可以复写这些步骤的实现来实现特定的算法。

是类的一种行为，只需要准备一个抽象类，将逻辑用具体方法和构造函数的形式来表现，后声明一些抽象方法来迫使子类必须实现其逻辑，不同的子类可以实现不同的方法，从而可以让剩余的逻辑有不同的实现。即可以定义抽象的方法，让子类实现剩余的逻辑。

分类：

  • 抽象模版：定义的数量和类型，定义了一个抽象操作让子类实现，定义并实现了一个模版方法，该模版方法一般是一个具体方法，同时给出了顶层逻辑的框架，具体的步骤在相应的抽象操作中，具体的业务逻辑延迟到子类实现。（只有一个抽象基类）
  • 具体模版：模版方法的数量，实现父类定义的一个或多个抽象方法，每个抽象模版的角色都可以由任意多个具体模版角色与之对应。即不是一对一，而是多对多。

1.生活中的模版：

办理银行业务：

  1. 进门取号
  2. 填写单据（每个客户填写的单据都不一样，因业务不同而不同）
  3. 等待叫号
  4. 窗口办理

2.使用场景

  • 多个子类公有的方法，并且逻辑基本相同时
  • 重要、复杂的算法，可以把核心算法设计为模版方法
  • 重构时，模版方法模式是一个经常使用的模式

3.UML结构图：

模版方法模式UML.png

二、如何实现模版方法模式

1.模版方法模式的实现要素

准备一个抽象类，将部分逻辑以具体方法的形式实现，然后声明一些抽象方法交由子类实现剩余逻辑，用钩子方法给予子类更大的灵活性。最后将方法汇总构成一个不可改变的模版方法。

2.模版模式的步骤

  1. 先写出解决该类事情其中 的一件的解决方案。
  2. 分析代码，把会发生变化的代码抽取出来独立成一个方法。把该方法描述成一个抽象的方法。
  3. 使用final修饰模板方法，防止别人重写你的模板方法。

3.具体实现

案例一：编写一个计算程序运行时间的模板。

  • 记录开始时间
  • 代码的执行过程
  • 记录结束时间
  • 运行时间=结束时间-开始时间

抽象基类：

abstract class MyRuntime{
    
    public final void getTime(){
        long startTime = System.currentTimeMillis();    //记录开始的时间
        code();
        long endTime = System.currentTimeMillis();  //记录结束的时间.
        System.out.println("运行时间 ："+ (endTime-startTime));
    }

    public abstract void code();
}

具体子类：

class Demo extends MyRuntime
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        Demo d = new Demo();
        d.getTime();
    }

    //code方法内部就写要计算运行时间的代码；
    public  void code(){
        int i = 0;
        while(i<100){
            System.out.println("i="+i);
            i++;
        }
    }
}

案例二：饮料的制法：

把水煮沸（boilWater）
冲饮料(brew)
把饮料倒进杯子(pourInCup)
加调味料(addCondiments)

抽象基类：Drinks

package com.hcx.pattern.template;

/**
 * 抽象基类，为所有子类提供一个算法框架
 * 饮料
 * @author HCX
 *
 */
public abstract class Drinks {
    
    /**
     * 使用final修饰，防止子类改变模版方法
     * 制备饮料的模版方法
     * 封装了所有子类共同遵循的算法框架
     */
    public final void prepareDrinksTemplate(){
        //步骤一：把水煮沸
        boilWater();
        //步骤二：冲饮料
        brew();
        //步骤三：把饮料倒进杯子
        pourInCup();
        //步骤四：加调味料
        addCondiments();
        
    }

    
    /**
     * 基本方法：把水煮沸
     * 对所有子类，是一个共同的行为，不需要向子类开放；将变化的东西放在高层代码中。
     */
    private void boilWater() {
        System.out.println("把水煮沸");
    }
    /**
     * 基本方法：将饮料倒入杯中
     */
    private void pourInCup() {
        System.out.println("将饮料倒入杯中");
    }

    /**
     * 不同的情况，具体的实现不同，设计为抽象方法，需要在子类中可见，以便子类复写，提供具体的实现。
     * 抽象的基本方法：加入调料
     */
    protected abstract void addCondiments();
    /**
     * 抽象的基本方法：泡饮料
     */
    protected abstract void brew();

}

具体子类：Coffee

package com.hcx.pattern.template;

/**
 * 具体子类，提供了咖啡制备的具体实现
 * @author HCX
 *
 */
public class Coffee extends Drinks {

    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("用沸水冲泡咖啡");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖和牛奶");
    }
}

具体子类：OrangeJuice

package com.hcx.pattern.template;

/**
 * 具体子类，提供了橙汁的具体实现
 * @author HCX
 *
 */
public class OrangeJuice extends Drinks{

    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("准备橙子和榨汁机，把橙子丢入机器中榨汁");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖浆");
    }

}

测试：

package com.hcx.pattern.template;

public class DrinksTest {
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("咖啡制备中");
        Drinks drinks = new Coffee();
        drinks.prepareDrinksTemplate();
        System.out.println("咖啡好了");
        
        System.out.println("*************************************");
        
        System.out.println("橙汁制备中");
        Drinks drinks2 = new OrangeJuice();
        drinks2.prepareDrinksTemplate();
        System.out.println("橙汁好了");
    }

}

结果：

咖啡制备中
把水煮沸
用沸水冲泡咖啡
将饮料倒入杯中
加入糖和牛奶
咖啡好了
*************************************
橙汁制备中
把水煮沸
准备榨汁机和榨汁机，把橙子丢入机器中榨汁
将饮料倒入杯中
加入糖浆
橙汁好了

使用钩子方法使代码更灵活：

在制备橙汁时，不想加入糖浆；

修改Drinks类，在加入调味料的步骤进行判断，编写钩子函数：

package com.hcx.pattern.template;

/**
 * 抽象基类，为所有子类提供一个算法框架
 * 饮料
 * @author HCX
 *
 */
public abstract class Drinks {
    
    /**
     * 使用final修饰，防止子类改变模版方法
     * 制备饮料的模版方法
     * 封装了所有子类共同遵循的算法框架
     */
    public final void prepareDrinksTemplate(){
        //步骤一：把水煮沸
        boilWater();
        //步骤二：冲饮料
        brew();
        //步骤三：把饮料倒进杯子
        pourInCup();
        
        //步骤四：加调味料
        if(wantCondiments()){
            addCondiments();
        }
    }

    /**
     * Hook：钩子函数，提供一个默认或空的实现
     * 具体的子类可以自行决定是否挂钩以及如何挂钩，即是否重写父类的钩子函数
     * 根据个人喜好，是否加入调料
     * @return
     */
    protected boolean wantCondiments() {
        return true;
    }


    /**
     * 基本方法：把水煮沸
     * 对所有子类，是一个共同的行为，不需要向子类开放；将变化的东西放在高层代码中。
     */
    private void boilWater() {
        System.out.println("把水煮沸");
    }
    /**
     * 基本方法：将饮料倒入杯中
     */
    private void pourInCup() {
        System.out.println("将饮料倒入杯中");
    }

    /**
     * 不同的情况，具体的实现不同，设计为抽象方法，需要在子类中可见，以便子类复写，提供具体的实现。
     * 抽象的基本方法：加入调料
     */
    protected abstract void addCondiments();
    /**
     * 抽象的基本方法：泡饮料
     */
    protected abstract void brew();
}

在OrangeJuice中重写钩子函数时：

package com.hcx.pattern.template;

/**
 * 具体子类，提供了橙汁的具体实现
 * @author HCX
 *
 */
public class OrangeJuice extends Drinks{

    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("准备橙子和榨汁机，把橙子丢入机器中榨汁");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖浆");
    }
    
    /**
     * 重写父类的钩子方法
     * 不加入任何调料，纯正的橙汁
     */
    @Override
    protected boolean wantCondiments() {
        return false;
    }
}

测试类打印结果：

咖啡制备中
把水煮沸
用沸水冲泡咖啡
将饮料倒入杯中
加入糖和牛奶
咖啡好了
*************************************
橙汁制备中
把水煮沸
准备橙子和榨汁机，把橙子丢入机器中榨汁
将饮料倒入杯中
橙汁好了

总结：

模版模式总结.png

案例三：不同职位的工作

AbstractWork：

public abstract class AbstractWork {
    
    protected void getUp(){
        System.out.println("起床");
    }
    
    //上班有各种交通工具，让子类灵活的实现
    protected abstract void goToWork();
    
    protected abstract void work();
    
    protected abstract void getOffWork();
    
    /**
     * TemplateMethod:每个子类都拥有共同的执行步骤
     * final：不能改变、继承
     */
    public final void newDay(){
        getUp();
        goToWork();
        work();
        getOffWork();
    }
}

BossWork:

public class BossWork extends AbstractWork{

    @Override
    protected void goToWork() {
        System.out.println("老板开着奔驰去上班");
    }

    @Override
    protected void work() {
        System.out.println("老板分配工作给员工");
    }

    @Override
    protected void getOffWork() {
        System.out.println("老板开着奔驰回家");
    }

}

StaffWork:

public class StaffWork extends AbstractWork{

    @Override
    protected void goToWork() {
        System.out.println("员工挤地铁公交去上班");
    }

    @Override
    protected void work() {
        System.out.println("员工处理具体工作");
    }

    @Override
    protected void getOffWork() {
        System.out.println("员工加班到晚上十点，然后地铁和公交还是好挤，身心疲惫的回家了");
    }

}

MyTest:

public class MyTest {
    
    public static void main(String[] args) {
        BossWork bossWork = new BossWork();
        StaffWork staffWork = new StaffWork();
        bossWork.newDay();
        System.out.println("====================");
        staffWork.newDay();
    }

}

打印结果：

起床
老板开着奔驰去上班
老板分配工作给员工
老板开着奔驰回家
====================
起床
员工挤地铁公交去上班
员工处理具体工作
员工加班到晚上十点，然后地铁和公交还是好挤，身心疲惫的回家了

三、模版方法模式的适用场景及优缺点

适用场景：

  • 算法或操作遵循相似的逻辑
  • 重构时（把相同的代码抽取到父类中）
  • 重要、复杂的算法，核心算法设计为模版算法

优点：

  • 封装性好
  • 复用性好
  • 屏蔽细节
  • 便于维护

缺点：

  • 单继承

四、实例分析

分析处理各种日志

需求分析：

日志需求分析.png

可抽象为如下的步骤：

  • 获得文件
  • 打开文件
  • 读取日志结构
  • 处理单行日志（会变化的部分，延迟到子类实现）
  • 清理工作

根据不同的情况，在变化部分的前后提供一些函数来提供扩展。

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