重识设计模式-模版方法模式（Template Method Pattern）

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定义

模版方法模式（Template Method Pattern）： 定义一个操做中算法的框架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类能够不改变一个算法的结构便可重定义该算法的某些特定步骤。模板方法模式是一种基于继承的代码复用技术，它是一种类行为型模式。

角色

模板方法模式是结构最简单的行为型设计模式，在其结构中只存在父类与子类之间的继承关系。经过使用模板方法模式，能够将一些复杂流程的实现步骤封装在一系列基本方法中，在抽象父类中提供一个称之为模板方法的方法来定义这些基本方法的执行次序，而经过其子类来覆盖某些步骤，从而使得相同的算法框架能够有不一样的执行结果。模板方法模式提供了一个模板方法来定义算法框架，而某些具体步骤的实现能够在其子类中完成。

模板方法模式结构比较简单，其核心是抽象类和其中的模板方法的设计，其结构如图所示：

模板方法模式包含以下两个角色：

●AbstractClass（ 抽象类）： 在抽象类中定义了一系列基本操做(PrimitiveOperations)，这些基本操做能够是具体的，也能够是抽象的，每个基本操做对应算法的一个步骤，在其子类中能够重定义或实现这些步骤。同时，在抽象类中实现了一个模板方法(Template Method)，用于定义一个算法的框架，模板方法不只能够调用在抽象类中实现的基本方法，也能够调用在抽象类的子类中实现的基本方法，还能够调用其余对象中的方法。

●ConcreteClass（ 具体子类）： 它是抽象类的子类，用于实如今父类中声明的抽象基本操做以完成子类特定算法的步骤，也能够覆盖在父类中已经实现的具体基本操做。

模板实现

在实现模板方法模式时，开发抽象类的软件设计师和开发具体子类的软件设计师之间能够进行协做。一个设计师负责给出一个算法的轮廓和框架，另外一些设计师则负责给出这个算法的各个逻辑步骤。实现这些具体逻辑步骤的方法即为基本方法，而将这些基本方法汇总起来的方法即为模板方法，模板方法模式的名字也所以而来。下面将详细介绍模板方法和基本方法：

●模板方法： 一个模板方法是定义在抽象类中的、把基本操做方法组合在一块儿造成一个总算法或一个总行为的方法。这个模板方法定义在抽象类中，并由子类不加以修改地彻底继承下来。模板方法是一个具体方法，它给出了一个顶层逻辑框架，而逻辑的组成步骤在抽象类中能够是具体方法，也能够是抽象方法。因为模板方法是具体方法，所以模板方法模式中的抽象层只能是抽象类，而不是接口。

●基本方法： 基本方法是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。基本方法又能够分为三种：抽象方法(Abstract Method)、具体方法(Concrete Method)和钩子方法(Hook Method)。

(1).抽象方法(Abstract Method)： 一个抽象方法由抽象类声明、由其具体子类实现。在C#语言里一个抽象方法以abstract关键字标识。

(2).具体方法(Concrete Method)： 一个具体方法由一个抽象类或具体类声明并实现，其子类能够进行覆盖也能够直接继承。

(3).钩子方法(Hook Method)： 一个钩子方法由一个抽象类或具体类声明并实现，而其子类可能会加以扩展。一般在父类中给出的实现是一个空实现（可以使用virtual关键字将其定义为虚函数），并以该空实现做为方法的默认实现，固然钩子方法也能够提供一个非空的默认实现。

模板方法模式中，钩子方法有两类：第一类钩子方法能够与一些具体步骤“挂钩”，以实如今不一样条件下执行模板方法中的不一样步骤，这类钩子方法的返回类型一般是bool类型的，这类方法名通常为IsXXX()，用于对某个条件进行判断，若是条件知足则执行某一步骤，不然将不执行，在模板方法模式中，抽象类的典型代码以下：

AbstractClass.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/19 * * @since 1.0 */
public abstract class AbstractClass {
    //模板方法
    public final void templateMethod() {
        open();
        display();
        //经过钩子方法来肯定某步骤是否执行
        if (isPrint()) {
            print();
        }
    }

    protected void open() {
        System.out.println("open");
    }

    protected void display() {
        System.out.println("display");
    }

    //钩子方法
    protected boolean isPrint() {
        return true;
    }

    protected void print() {
        System.out.println("print");
    }
}
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在代码中IsPrint()方法便是钩子方法，它能够决定Print()方法是否执行，通常状况下，钩子方法的返回值为true，若是不但愿某方法执行，能够在其子类中覆盖钩子方法，将其返回值改成alse便可，这种类型的钩子方法能够控制方法的执行，对一个算法进行约束。

还有一类钩子方法就是实现体为空的具体方法，子类能够根据须要覆盖或者继承这些钩子方法，与抽象方法相比，这类钩子方法的好处在于子类若是没有覆盖父类中定义的钩子方法，编译能够正常经过，可是若是没有覆盖父类中声明的抽象方法，编译将报错。在模板方法模式中，抽象类的典型代码以下：

AbstractClass.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/19 * * @since 1.0 */
public abstract class AbstractClass {

    //模板方法
    public final void templateMethod() {
        primitiveOperation1();
        primitiveOperation2();
        primitiveOperation3();
    }

    //基本方法—具体方法
    public void primitiveOperation1() {
        //实现代码
    }

    //基本方法—抽象方法
    public abstract void primitiveOperation2();

    //基本方法—钩子方法
    public void primitiveOperation3() {
    }
}
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在抽象类中，模板方法templateMethod()定义了算法的框架，在模板方法中调用基本方法以实现完整的算法，每个基本方法如primitiveOperation1()、PrimitiveOperation2()等均实现了算法的一部分，对于全部子类都相同的基本方法可在父类提供具体实现，例如primitiveOperation1()，不然在父类声明为抽象方法或钩子方法，由不一样的子类提供不一样的实现，例如primitiveOperation2()和PrimitiveOperation3()。

可在抽象类的子类中提供抽象步骤的实现，也可覆盖父类中已经实现的具体方法，具体子类的典型代码以下：

ConcreteClass.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/19 * * @since 1.0 */
public class ConcreteClass extends AbstractClass {

    @Override
    public void primitiveOperation2() {
        //实现代码
    }

    @Override
    public void primitiveOperation3() {
        //实现代码
    }
}
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模板方法模式中，因为面向对象的多态性，子类对象在运行时将覆盖父类对象，子类中定义的方法也将覆盖父类中定义的方法，所以程序在运行时，具体子类的基本方法将覆盖父类中定义的基本方法，子类的钩子方法也将覆盖父类的钩子方法，从而能够经过在子类中实现的钩子方法对父类方法的执行进行约束，实现子类对父类行为的反向控制。

案例回放

咱们将建立一个定义操做的 Game 抽象类，其中，模板方法设置为final，这样它就不会被重写。Cricket 和 Football 是扩展了 Game 的实体类，它们重写了抽象类的方法。

本实例结构图如图：

在上图中，Game充当抽象类角色，Cricket和Football充当具体子类角色。完整代码以下所示：

Game.java

public abstract class Game {
   abstract void initialize();
   abstract void startPlay();
   abstract void endPlay();
 
   //模板
   public final void play(){
      //初始化游戏
      initialize();
 
      //开始游戏
      startPlay();
 
      //结束游戏
      endPlay();
   }
}
复制代码

Cricket.java

public class Cricket extends Game {
 
   @Override
   void endPlay() {
      System.out.println("Cricket Game Finished!");
   }
 
   @Override
   void initialize() {
      System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");
   }
 
   @Override
   void startPlay() {
      System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");
   }
}
复制代码

Football.java

public class Football extends Game {
 
   @Override
   void endPlay() {
      System.out.println("Football Game Finished!");
   }
 
   @Override
   void initialize() {
      System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
   }
 
   @Override
   void startPlay() {
      System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
   }
}
复制代码

TemplatePatternDemo.java

public static void main(String[] args) {
      Game game = new Cricket();
      game.play();
      System.out.println();
      game = new Football();
      game.play();      
   }
}
复制代码

编译并运行程序，输出结果以下:

Cricket Game Initialized! Start playing.
Cricket Game Started. Enjoy the game!
Cricket Game Finished!

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!
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典型应用

在Android中，使用了模板方法且为咱们熟知的一个典型类就是AsyncTask了，关于AsyncTask的更详细的分析请移步:

Android中AsyncTask的使用与源码分析:blog.csdn.net/bboyfeiyu/a…

咱们这里只分析在该类中使用的模板方法模式。在使用AsyncTask时，咱们都有知道耗时的方法要放在doInBackground(Params... params)中，在doInBackground以前若是还想作一些相似初始化的操做能够写在onPreExecute方法中，当doInBackground方法执行完成后，会执行onPostExecute方法，而咱们只须要构建AsyncTask对象，而后执行execute方法便可。咱们能够看到，它整个执行过程实际上是一个框架，具体的实现都须要子类来完成。并且它执行的算法框架是固定的，调用execute后会依次执行onPreExecute,doInBackground,onPostExecute,固然你也能够经过onProgressUpdate来更新进度。咱们能够简单的理解为以下图的模式：

优势

模板方法模式的主要优势以下：

(1) 在父类中形式化地定义一个算法，而由它的子类来实现细节的处理，在子类实现详细的处理算法时并不会改变算法中步骤的执行次序。

(2) 模板方法模式是一种代码复用技术，它在类库设计中尤其重要，它提取了类库中的公共行为，将公共行为放在父类中，而经过其子类来实现不一样的行为，它鼓励咱们恰当使用继承来实现代码复用。

(3) 可实现一种反向控制结构，经过子类覆盖父类的钩子方法来决定某一特定步骤是否须要执行。

(4) 在模板方法模式中能够经过子类来覆盖父类的基本方法，不一样的子类能够提供基本方法的不一样实现，更换和增长新的子类很方便，符合单一职责原则和开闭原则

缺点

模板方法模式的主要缺点以下：

须要为每个基本方法的不一样实现提供一个子类，若是父类中可变的基本方法太多，将会致使类的个数增长，系统更加庞大，设计也更加抽象，此时，可结合桥接模式来进行设计。

重点

模板方法模式是基于继承的代码复用技术，它体现了面向对象的诸多重要思想，是一种使用较为频繁的模式。模板方法模式普遍应用于框架设计中，以确保经过父类来控制处理流程的逻辑顺序（如框架的初始化，测试流程的设置等）。为防止恶意操做，通常模板方法都加上 final 关键词。

使用场景

在如下状况下能够考虑使用模板方法模式：

(1) 对一些复杂的算法进行分割，将其算法中固定不变的部分设计为模板方法和父类具体方法，而一些能够改变的细节由其子类来实现。即：一次性实现一个算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。

(2) 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以免代码重复。

(3) 须要经过子类来决定父类算法中某个步骤是否执行，实现子类对父类的反向控制

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