模版方法模式详解：使用和实现的指南

模版方法模式

模板方法模式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。

类比真实世界中建造大量房屋。标准房屋建造方案中可提供几个扩展点，允许潜在房屋业主调整成品房屋的部分细节。

每个建造步骤（例如打地基、建造框架、建造墙壁和安装水电管线等）都能进行微调，这使得成品房屋会略有不同。

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模版方法模式结构

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抽象类 （AbstractClass）会声明作为算法步骤的方法，以及依次调用它们的实际模板方法。算法步骤可以被声明为 抽象类型，也可以提供一些默认实现。
具体类 （ConcreteClass）可以重写所有步骤，但不能重写模板方法自身。

一般，模版方法都加上final关键字，不允许被覆写。

通用代码结构

//抽象类定义了一个模板方法，其中通常会包含某个由抽象原语操作调用组成的算法框架。
public abstract class AbstractClass{//基本算法步骤protected abstract void step1();protected abstract void step2();//模版方法final public void templateMethod(){//算法基本逻辑this.step1();this.step2();...}
}// 具体类必须实现基类中的所有抽象操作，但是它们不能重写模板方法自身。
public class ConcreteClass1 extends AbstractClass{//实现基本方法protected abstract void step1(){...};protected abstract void step2(){....};
}public class ConcreteClass2 extends AbstractClass{//实现基本方法protected abstract void step1(){...};protected abstract void step2(){....};
}//客户端
public class Client{public static void main(String[] args){AbstractClass class1 = new ConcreteClass1();AbstractClass class2 = new ConcreteClass2();class1.templateMethod();class2.templateMethod();}
}

模版方法模式适合应用场景

当你只希望客户端扩展某个特定算法步骤，而不是整个算法或其结构时，可使用模板方法模式。
当多个类的算法除一些细微不同之外几乎完全一样时，你可使用该模式。但其后果就是，只要算法发生变化，你就可能需要修改所有的类。

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**识别方法:**模版方法可以通过行为方法来识别，该方法已有一个在基类中定义的 “默认” 行为。

模版方法模式优缺点

模版方法模式的优点

你可仅允许客户端重写一个大型算法中的特定部分，使得算法其他部分修改对其所造成的影响减小。
你可将重复代码提取到一个超类中。

模版方法模式的缺点

部分客户端可能会受到算法框架的限制。
通过子类抑制默认步骤实现可能会导致违反里氏替换原则。
模板方法中的步骤越多，其维护工作就可能会越困难。

练手题目

题目描述

小明喜欢品尝不同类型的咖啡，她发现每种咖啡的制作过程有一些相同的步骤，他决定设计一个简单的咖啡制作系统，使用模板方法模式定义咖啡的制作过程。系统支持两种咖啡类型：美式咖啡（American Coffee）和拿铁（Latte）。

咖啡制作过程包括以下步骤：

研磨咖啡豆 Grinding coffee beans

冲泡咖啡 Brewing coffee

添加调料 Adding condiments

其中，美式咖啡和拿铁的调料添加方式略有不同, 拿铁在添加调料时需要添加牛奶Adding milk

输入描述

多行输入，每行包含一个数字，表示咖啡的选择（1 表示美式咖啡，2 表示拿铁）。

输出描述

根据每行输入，输出制作咖啡的过程，包括咖啡类型和各个制作步骤，末尾有一个空行。

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题解

模版方法实现。

import java.util.Scanner;// 抽象类，定义咖啡制作的基本步骤
abstract class CoffeeModel {private String coffeeName;// 构造函数，接受咖啡名称参数public CoffeeModel(String coffeeName) {this.coffeeName = coffeeName;}protected abstract void grind();protected abstract void brew();protected abstract void addCondiments();// 添加其他调料可使用该类public void addThings(){};// 模板方法，定义咖啡制作的流程public final void createCoffeeTemplate() {System.out.println("Making " + coffeeName + ":");grind();brew();//根据情况，是否调用添加更多调料if (isAddThings()) {addThings(); }addCondiments();System.out.println();}// 默认不添加其他调料。如牛奶等public boolean isAddThings() {return false;}
}//美式咖啡类实现
class CreateAmericanCoffee extends CoffeeModel {public CreateAmericanCoffee() {super("American Coffee");}@Overrideprotected void grind() {System.out.println("Grinding coffee beans");}@Overrideprotected void brew() {System.out.println("Brewing coffee");}@Overrideprotected void addCondiments() {System.out.println("Adding condiments");}// 美式咖啡默认不添加其他调料，如牛奶等@Overridepublic boolean isAddThings() {return false; }
}//拿铁类实现
class CreateLatte extends CoffeeModel {private boolean addThingsFlag = true;public CreateLatte() {super("Latte");}@Overrideprotected void grind() {System.out.println("Grinding coffee beans");}@Overrideprotected void brew() {System.out.println("Brewing coffee");}@Overrideprotected void addCondiments() {System.out.println("Adding condiments");}//需要添加调料，牛奶@Overridepublic void addThings(){System.out.println("Adding milk");}// 拿铁默认添加牛奶@Overridepublic boolean isAddThings() {return this.addThingsFlag; }// 外部调用以改变是否添加牛奶的状态，钩子函数public void setAddThingsFlag(boolean flag) {this.addThingsFlag = flag;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {while (scanner.hasNextInt()) {int input = scanner.nextInt();CoffeeModel coffee;switch (input) {case 1:coffee = new CreateAmericanCoffee();break;case 2:coffee = new CreateLatte();break;default:System.out.println("无效选择，请输入1或2");continue;}coffee.createCoffeeTemplate();}}}
}