Java模板方法模式：定义骨架，允许子类定制行为

摘要：模板方法模式是一种行为设计模式，它在一个方法中定义了一个算法的骨架，允许子类在不改变算法结构的情况下重定义某些步骤的具体内容。本文将详细介绍Java中实现模板方法模式的步骤、优点以及应用场景。

一、引言

在软件开发中，我们经常遇到一些需要在多个地方执行相似操作的情况。这些操作可能具有相同的整体流程，但某些步骤的具体实现可能会有所不同。为了解决这个问题，我们可以使用模板方法模式。模板方法模式允许我们在一个抽象类中定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。这样，子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义某些步骤的具体内容。

二、Java模板方法模式实现

定义一个抽象类，包含一个模板方法和一些抽象方法（钩子操作）：

public abstract class AbstractClass {// 模板方法，定义算法骨架public final void templateMethod() {baseOperation1();requiredOperations1();baseOperation2();hook1();requiredOperations2();baseOperation3();hook2();}// 基本操作，由抽象类实现private void baseOperation1() {System.out.println("AbstractClass says: I am doing the bulk of the work");}private void baseOperation2() {System.out.println("AbstractClass says: But let subclasses override some operations");}private void baseOperation3() {System.out.println("AbstractClass says: But I am doing the bulk of the work anyway");}// 需要被子类实现的操作protected abstract void requiredOperations1();protected abstract void requiredOperations2();// 钩子操作，提供默认实现，子类可以选择性覆盖protected void hook1() {}protected void hook2() {}
}

创建具体子类，继承抽象类并实现其中的抽象方法：

public class ConcreteClass1 extends AbstractClass {@Overrideprotected void requiredOperations1() {System.out.println("ConcreteClass1 says: Implemented Operation1");}@Overrideprotected void requiredOperations2() {System.out.println("ConcreteClass1 says: Implemented Operation2");}@Overrideprotected void hook1() {System.out.println("ConcreteClass1 says: Overridden Hook1");}
}public class ConcreteClass2 extends AbstractClass {@Overrideprotected void requiredOperations1() {System.out.println("ConcreteClass2 says: Implemented Operation1");}@Overrideprotected void requiredOperations2() {System.out.println("ConcreteClass2 says: Implemented Operation2");}
}

客户端代码使用模板方法：

public class Client {public static void main(String[] args) {AbstractClass abstractClass1 = new ConcreteClass1();AbstractClass abstractClass2 = new ConcreteClass2();abstractClass1.templateMethod();abstractClass2.templateMethod();}
}

三、模板方法模式的优点

封装不变部分，扩展可变部分：把认为是不变部分的算法封装到父类实现，而可变部分则可以通过继承来继续扩展。
提取公共部分代码，便于维护：模板方法模式使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤，减少了代码重复，提高了代码的可维护性。
行为由父类控制，子类实现：模板方法模式中的算法骨架由父类控制，子类只需要实现特定的步骤，这使得父类可以更好地控制整个流程的执行顺序和执行条件。

四、模板方法模式的应用场景

避免代码重复：
当多个子类中存在公共的行为或操作时，可以将这些公共的部分提取到一个公共的父类中，并使用模板方法模式来定义这个公共的行为。通过将这些共同的步骤放入一个模板方法中，可以让所有的子类共享这些方法，从而消除了重复的代码。例如，在软件开发框架中，通常会有一些固定的处理流程，这些流程可以被定义为模板方法，而具体的业务逻辑则由用户根据实际需求在子类中实现。
框架设计：
在框架设计中，模板方法模式是一种常见的设计模式。框架通常提供了一些通用的处理流程和功能，但同时也需要用户根据具体需求来定制某些特定的行为。通过使用模板方法模式，框架可以定义一些模板方法来表示通用的处理流程，并允许用户通过扩展子类来实现特定的功能。这样，既保证了框架的通用性和灵活性，又降低了用户的使用难度。
游戏开发：
在游戏开发中，模板方法模式也是一种非常有用的设计模式。游戏通常具有一些固定的流程和规则，如角色的移动、攻击、防御等。这些固定的流程和规则可以使用模板方法模式来定义，而游戏的具体细节（如角色行为、关卡设计等）则可以通过子类来实现和扩展。例如，可以定义一个游戏角色的基类，其中包含一个模板方法来定义角色的通用行为（如移动），然后为不同的角色创建子类，并在子类中实现特定的行为（如攻击方式、技能等）。
需要控制子类扩展但又希望提供扩展点：
有些情况下，我们希望定义一个算法或处理流程的基本骨架，并允许子类在必要时增加新的操作，但又不想让子类完全自由地修改整个算法或流程。这时，可以使用模板方法模式来控制子类的扩展。通过在模板方法中定义一些“钩子”（hook）方法或抽象方法，可以让子类在特定的点进行扩展，而不会破坏原有的算法结构或逻辑。这样既可以保证算法或流程的稳定性和一致性，又提供了足够的灵活性来满足不同的需求。