23种设计模式-行为型模式-模板方法

文章目录

简介
场景
解决
- 代码
- 关键优化点
总结

简介

模板方法是一种行为设计模式，它在超类中定义了一个算法的框架，允许子类在不修改结构的情况下重写算法的特定步骤。

场景

假如你正在开发一款分析文档的数据挖掘程序。用户需要向程序输入各种格式（PDF、DOC 或 CSV）的文档，程序会试图从这些文件中提取有意义的数据，再以统一的格式返回给用户。
程序的首个版本只支持 DOC 文件。下个版本，程序需要支持 CSV 文件。一个月后，程序又需要从 PDF 文件中抽取数据。
数据挖掘类中包含许多重复代码。
一段时间后，你发现这三个类中包含许多相似代码。尽管读取不同格式数据的代码完全不同，但数据处理和分析的代码却几乎完全一样。怎么在保持算法结构完整的情况下去除重复代码？这是第一个问题。
还有另一个与使用这些类的客户端代码相关的问题：客户端代码中包含许多条件语句，因为它要根据不同的文档类型选择合适的处理过程。如果所有处理数据的类都有相同的接口或基类，那你就可以去除客户端代码里的条件语句，转而使用多态机制来调用处理对象的方法。

解决

模板方法模式建议把算法分解为一系列步骤，然后将这些步骤改写为方法，最后在“模板方法”中依次调用这些方法。步骤可以是抽象的，也可以有一些默认的实现。为了能够使用算法，客户端需要自己提供子类，并且实现所有的抽象步骤。可能还需重写一些步骤（但这一步中不包括模板方法自身）。
让我们想想怎么在数据挖掘程序里运用这样的方案。我们可为三个解析算法创建一个基类，这个类定义了一个模板方法-mine方法，这个方法会在内部调用不同的文档处理步骤。
模板方法将算法分解为步骤，并允许子类重写这些步骤，而非重写实际的模板方法。

首先，我们将所有步骤声明为抽象类型，强制要求子类自行实现这些方法。在我们的例子里，子类已经实现了必须的方法，因此我们只需调整这些方法的名称，让他跟超类的方法匹配就行了。
现在，让我们看看怎么去除子类里的重复代码。对于不同的文件格式，打开和关闭文件以及读取解析数据的代码都不同，所以不需要修改这些方法。但分析原始数据和生成报告等其他步骤的实现方式非常相似，所以可以把他们提取到基类里，让子类共享这些代码。
所以我们有两种类型的步骤：

抽象步骤必须由各个子类来实现
可选步骤已经有一些默认实现，但你仍然可以在需要时进行重写
还有另一种名为钩子 hook 的步骤。钩子是内容为空的可选的步骤。即使子类不重写钩子，模板方法也能工作。钩子通常放置在算法重要步骤的前后，为子类提供额外的算法扩展点。

代码

// 抽象类定义模板方法
abstract class DataMiner {// 模板方法（不可被覆盖）public final void processDocument() {  openDocument();extractRawData();parseData();           // 抽象步骤analyzeData();         // 通用实现generateReport();      // Hook方法}// 文档打开基础实现protected void openDocument() {  System.out.println("打开文档...");}// 数据抽取基础实现protected void extractRawData() {  System.out.println("抽取原始数据...");}// 解析算法必须子类实现protected abstract void parseData();  // 通用分析实现protected void analyzeData() {  System.out.println("执行数据聚类分析...");}/* 钩子方法（可选覆盖） */protected void generateReport() {  System.out.println("生成基础统计报表");}
}// 具体子类实现
class PDFDataMiner extends DataMiner {@Overrideprotected void parseData() {  // 实现特定解析逻辑System.out.println("解析PDF版式结构");System.out.println("提取PDF文本流");}
}class CSVDataMiner extends DataMiner {@Overrideprotected void parseData() {  System.out.println("识别CSV分隔符");System.out.println("映射CSV字段");}@Overrideprotected void generateReport() {  // 自定义Hook实现super.generateReport();System.out.println("追加CSV格式验证结果");}
}// 客户端调用示例
class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("处理PDF文档：");DataMiner pdfProcessor = new PDFDataMiner();pdfProcessor.processDocument();  // 执行完整流程System.out.println("\n处理CSV文档：");DataMiner csvProcessor = new CSVDataMiner();csvProcessor.processDocument();}
}