Java设计模式之模板方法模式详解

技术笔记 Java

发布日期: 2025-02-23

更新日期: 2025-02-24

文章字数: 1.1k

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什么是模板方法模式？

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

为什么使用模板方法模式？

复用代码，避免重复
控制算法的主要流程
允许子类定制算法的特定步骤
维护一个统一的算法框架

实现示例

1. 基本实现

// 抽象类
public abstract class AbstractTemplate {
    // 模板方法
    public final void templateMethod() {
        step1();
        step2();
        step3();
        hook();
    }
    
    // 具体方法
    private void step1() {
        System.out.println("AbstractTemplate.step1");
    }
    
    // 抽象方法
    protected abstract void step2();
    
    // 具体方法
    protected void step3() {
        System.out.println("AbstractTemplate.step3");
    }
    
    // 钩子方法
    protected void hook() {
        // 默认空实现
    }
}

// 具体实现类A
public class ConcreteTemplateA extends AbstractTemplate {
    @Override
    protected void step2() {
        System.out.println("ConcreteTemplateA.step2");
    }
    
    @Override
    protected void hook() {
        System.out.println("ConcreteTemplateA.hook");
    }
}

// 具体实现类B
public class ConcreteTemplateB extends AbstractTemplate {
    @Override
    protected void step2() {
        System.out.println("ConcreteTemplateB.step2");
    }
}

2. 实际应用示例：数据导出

// 数据导出抽象类
public abstract class DataExporter {
    // 模板方法
    public final void export() {
        connectToDataSource();
        extractData();
        transformData();
        exportData();
        closeConnection();
    }
    
    // 连接数据源
    protected abstract void connectToDataSource();
    
    // 提取数据
    protected abstract void extractData();
    
    // 转换数据
    protected void transformData() {
        System.out.println("执行默认的数据转换");
    }
    
    // 导出数据
    protected abstract void exportData();
    
    // 关闭连接
    private void closeConnection() {
        System.out.println("关闭数据源连接");
    }
}

// Excel导出器
public class ExcelExporter extends DataExporter {
    @Override
    protected void connectToDataSource() {
        System.out.println("连接到MySQL数据库");
    }
    
    @Override
    protected void extractData() {
        System.out.println("执行SQL查询提取数据");
    }
    
    @Override
    protected void exportData() {
        System.out.println("将数据导出到Excel文件");
    }
}

// PDF导出器
public class PdfExporter extends DataExporter {
    @Override
    protected void connectToDataSource() {
        System.out.println("连接到Oracle数据库");
    }
    
    @Override
    protected void extractData() {
        System.out.println("执行存储过程提取数据");
    }
    
    @Override
    protected void transformData() {
        System.out.println("执行PDF特定的数据转换");
    }
    
    @Override
    protected void exportData() {
        System.out.println("将数据导出到PDF文件");
    }
}

3. 饮料制作示例

// 饮料抽象类
public abstract class Beverage {
    // 模板方法
    public final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }
    
    private void boilWater() {
        System.out.println("将水煮沸");
    }
    
    protected abstract void brew();
    
    private void pourInCup() {
        System.out.println("倒入杯中");
    }
    
    protected abstract void addCondiments();
    
    // 钩子方法
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

// 咖啡类
public class Coffee extends Beverage {
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("用沸水冲泡咖啡");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入糖和牛奶");
    }
}

// 茶类
public class Tea extends Beverage {
    private boolean wantsLemon;
    
    public Tea(boolean wantsLemon) {
        this.wantsLemon = wantsLemon;
    }
    
    @Override
    protected void brew() {
        System.out.println("用沸水浸泡茶叶");
    }
    
    @Override
    protected void addCondiments() {
        System.out.println("加入柠檬");
    }
    
    @Override
    protected boolean customerWantsCondiments() {
        return wantsLemon;
    }
}

4. 使用示例

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 基本示例
        AbstractTemplate templateA = new ConcreteTemplateA();
        templateA.templateMethod();
        
        AbstractTemplate templateB = new ConcreteTemplateB();
        templateB.templateMethod();
        
        // 数据导出示例
        DataExporter excelExporter = new ExcelExporter();
        excelExporter.export();
        
        DataExporter pdfExporter = new PdfExporter();
        pdfExporter.export();
        
        // 饮料制作示例
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareBeverage();
        
        Beverage teaWithLemon = new Tea(true);
        teaWithLemon.prepareBeverage();
        
        Beverage teaWithoutLemon = new Tea(false);
        teaWithoutLemon.prepareBeverage();
    }
}