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news 2025/7/8 23:22:16

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深入理解设计模式之模板方法（Template Method）

模板方法模式概述

模板方法模式的结构

模板方法模式的实现步骤

模板方法模式的应用场景

模板方法模式的优缺点

示例：使用模板方法模式实现数据访问

深入理解设计模式之模板方法（Template Method）

简介：
在软件开发中，设计模式扮演着重要的角色，它们提供了一种经过验证的解决方案，帮助我们解决常见的设计问题。而设计模式能够让我们的代码更加具有的兼容性和拓展性。本文将重点介绍设计模式中的模板方法（Template Method）模式，并探讨如何将其与Spring框架相结合，以实现灵活且可扩展的应用程序设计。

模板方法模式概述

模板方法模式是一种行为型设计模式，用于定义一个算法的骨架，将具体的实现延迟到子类中。模板方法模式允许我们定义一个抽象类，其中包含一个模板方法和一些抽象方法，供具体子类实现。这样，通用的操作被封装在模板方法中，而具体的实现细节则由子类来完成。

模板方法模式的结构

模板方法模式由三个核心组成部分构成：抽象类、具体类和模板方法。

抽象类（Abstract Class）扮演着模板方法模式的中心角色。它定义了模板方法，该方法提供了算法的骨架，并调用抽象方法和具体方法来完成操作。

具体类（Concrete Class）继承抽象类并实现其中的抽象方法，完成具体的实现细节。

模板方法（Template Method）是抽象类中定义的方法，它定义了算法的骨架。模板方法调用抽象方法和具体方法来完成操作，具体的实现延迟到具体类中。

模板方法模式的实现步骤

实现模板方法模式的步骤如下：

定义抽象类：创建一个抽象类，并在其中定义模板方法。模板方法提供算法的骨架，它调用抽象方法和具体方法来完成操作。

定义抽象方法：在抽象类中定义抽象方法，以供具体类实现。这些抽象方法表示算法中的可变部分。如下：这是一个商城项目的业务场景首先，定义抽象类AbstractShoppingCart，其中包含模板方法processOrder，以及抽象方法calculateTotalPrice和pay：

//定义抽象类AbstractShoppingCart，其中包含模板方法processOrder，以及抽象方法calculateTotalPrice和pay：
abstract class AbstractShoppingCart {public final void processOrder() {addToCart();calculateTotalPrice();pay();}protected abstract void addToCart();protected abstract void calculateTotalPrice();protected abstract void pay();
}

创建具体类：创建具体的子类，继承抽象类，并实现其中的抽象方法。具体类完成具体的实现细节。

重写模板方法：根据需要，在具体类中重写模板方法，或者新增特定步骤的方法。这样，可以根据具体需求来定制算法的实现。如下：创建具体类SuishiShoppingCart，继承AbstractShoppingCart，并实现其中的抽象方法：

//然后，创建具体类SuishiShoppingCart，继承AbstractShoppingCart，并实现其中的抽象方法：
class SuishiShoppingCart extends AbstractShoppingCart {protected void addToCart() {System.out.println("将商品加入购物车");}protected void calculateTotalPrice() {System.out.println("计算总价");}protected void pay() {System.out.println("完成支付");}
}

最后，我们可以使用如下代码来测试和调用模板方法：

public class Main {public static void main(String[] args) {AbstractShoppingCart shoppingCart = new SuishiShoppingCart();shoppingCart.processOrder();}
}

输出结果将会是：

将商品加入购物车
计算总价
完成支付

在上述示例中，AbstractShoppingCart是抽象类，定义了模板方法processOrder，以及需要具体子类实现的抽象方法addToCart、calculateTotalPrice和pay。SuishiShoppingCart是具体子类，继承抽象类并实现了抽象方法。在Main类中，我们创建了SuishiShoppingCart的实例，并调用processOrder方法来执行整个购物流程。

通过模板方法模式，我们可以将购物车的通用操作（加入购物车、计算总价、支付）封装在抽象类中，而具体的实现细节则由具体子类来实现。这样可以提高代码的复用性和可维护性

模板方法模式的应用场景

模板方法模式在许多场景下都有应用，包括：

框架和库的设计：模板方法模式常用于框架和库的设计中，它定义了框架的基本骨架，留下了一些可变的实现细节供使用者定制。
一次性实现一个算法的不变部分：模板方法模式允许我们将算法的不变部分放在父类中实现，而将可变部分留给子类来实现。这样，我们可以避免重复的代码，并提高代码的可维护性。
多个类具有相似的行为：如果多个类具有相似的行为，但其具体实现有所不同，我们可以将这些行为的共同部分提取到抽象类的模板方法中，而将变化的部分交给具体子类实现。

模板方法模式的优缺点

模板方法模式具有以下优点：

代码复用：模板方法模式提供了一种代码复用的方式，将通用的操作放在抽象类中实现，避免了重复编写相同的代码。
扩展性：通过定义抽象类和抽象方法，模板方法模式允许我们在不修改现有代码的情况下扩展算法的实现。只需创建新的具体类来实现抽象方法即可。
易于维护：模板方法模式将算法的骨架和具体实现分离，使代码结构更清晰。这样，当需求变化时，我们只需关注具体类的实现细节，而无需修改抽象类中的模板方法。

然而，模板方法模式也存在一些缺点：

对子类的限制：由于模板方法模式基于继承关系，子类必须遵循抽象类定义的算法骨架。这可能限制了子类的灵活性。
设计复杂性增加：使用模板方法模式会增加一定的设计复杂性。需要仔细考虑抽象类和具体类之间的关系，并确保模板方法和抽象方法的正确实现。

在与Spring框架结合使用时，模板方法模式可以更好地利用Spring框架的特性，例如使用Spring提供的模板类来实现通用的操作，同时允许我们通过子类来实现具体的业务逻辑。这种结合可以提供一种灵活且易于扩展的方式来开发应用程序。下面我们将通过一个示例来解释以上内容。

示例：使用模板方法模式实现数据访问

假设我们正在开发一个基于Spring框架的数据访问模块，其中包含对不同数据库的访问操作。我们可以使用模板方法模式来实现通用的数据库访问操作，并将特定的操作留给具体子类实现。

首先，我们创建一个抽象类AbstractDataAccess作为模板类，其中定义了模板方法execute：

public abstract class AbstractDataAccess {public void execute() {connect();performQuery();disconnect();}protected abstract void connect();protected abstract void performQuery();protected abstract void disconnect();
}

在抽象类中，我们定义了三个抽象方法：connect、performQuery和disconnect，它们表示数据库访问的可变部分。

然后，我们创建具体子类SqlServerDataAccess和MySqlDataAccess，分别继承AbstractDataAccess并实现抽象方法：

public class SqlServerDataAccess extends AbstractDataAccess {@Overrideprotected void connect() {// SQL Server数据库连接逻辑}@Overrideprotected void performQuery() {// SQL Server数据库查询逻辑}@Overrideprotected void disconnect() {// SQL Server数据库断开连接逻辑}
}

public class MySqlDataAccess extends AbstractDataAccess {@Overrideprotected void connect() {// MySQL数据库连接逻辑}@Overrideprotected void performQuery() {// MySQL数据库查询逻辑}@Overrideprotected void disconnect() {// MySQL数据库断开连接逻辑}
}

在具体子类中，我们实现了各自数据库的连接、查询和断开连接的具体逻辑。

最后，我们可以在应用程序中使用这些具体子类来执行数据库访问操作：

public class Main {public static void main(String[] args) {AbstractDataAccess dataAccess = new SqlServerDataAccess();dataAccess.execute();dataAccess = new MySqlDataAccess();dataAccess.execute();}
}

通过以上示例，我们可以看到模板方法模式的应用。抽象类AbstractDataAccess定义了数据库访问的模板方法execute，并将具体的连接、查询和断开连接的逻辑留给具体子类实现。

在应用程序中，我们可以根据实际需要选择具体的子类（如SqlServerDataAccess或MySqlDataAccess）来执行数据库访问操作。这样，我们可以通过模板方法模式实现通用的数据库访问逻辑，并在具体子类中实现特定数据库的操作细节。

使用模板方法模式可以将通用的操作封装在抽象类中，提高代码的复用性和可维护性。同时，它也允许我们通过具体子类来扩展和定制算法的实现。在与Spring框架结合使用时，模板方法模式可以更好地利用Spring提供的特性和功能，实现灵活且可扩展的应用程序设计。

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