《JAVA設計模式》之模板模式(Template)

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述模板方法（Template Method）模式的：

　　模板方法模式是類的行爲模式。準備一個抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構造函數的形式實現，而後聲明一些抽象方法來迫使子類實現剩餘的邏輯。不一樣的子類能夠以不一樣的方式實現這些抽象方法，從而對剩餘的邏輯有不一樣的實現。這就是模板方法模式的用意。

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模板方法模式的結構

　　模板方法模式是全部模式中最爲常見的幾個模式之一，是基於繼承的代碼複用的基本技術。

　　模板方法模式須要開發抽象類和具體子類的設計師之間的協做。一個設計師負責給出一個算法的輪廓和骨架，另外一些設計師則負責給出這個算法的各個邏輯步驟。表明這些具體邏輯步驟的方法稱作基本方法(primitive method)；而將這些基本方法彙總起來的方法叫作模板方法(template method)，這個設計模式的名字就是今後而來。

　　模板方法所表明的行爲稱爲頂級行爲，其邏輯稱爲頂級邏輯。模板方法模式的靜態結構圖以下所示：

　　

　　這裏涉及到兩個角色：

　　抽象模板(Abstract Template)角色有以下責任：

　　■　　定義了一個或多個抽象操做，以便讓子類實現。這些抽象操做叫作基本操做，它們是一個頂級邏輯的組成步驟。

　　■　　定義並實現了一個模板方法。這個模板方法通常是一個具體方法，它給出了一個頂級邏輯的骨架，而邏輯的組成步驟在相應的抽象操做中，推遲到子類實現。頂級邏輯也有可能調用一些具體方法。

　　具體模板(Concrete Template)角色又以下責任：

　　■　　實現父類所定義的一個或多個抽象方法，它們是一個頂級邏輯的組成步驟。

　　■　　每個抽象模板角色均可以有任意多個具體模板角色與之對應，而每個具體模板角色均可以給出這些抽象方法（也就是頂級邏輯的組成步驟）的不一樣實現，從而使得頂級邏輯的實現各不相同。

　　源代碼

　　抽象模板角色類，abstractMethod()、hookMethod()等基本方法是頂級邏輯的組成步驟，這個頂級邏輯由templateMethod()方法表明。

public abstract class AbstractTemplate { /** * 模板方法 */ public void templateMethod(){ //調用基本方法  abstractMethod(); hookMethod(); concreteMethod(); } /** * 基本方法的聲明（由子類實現） */ protected abstract void abstractMethod(); /** * 基本方法(空方法) */ protected void hookMethod(){} /** * 基本方法（已經實現） */ private final void concreteMethod(){ //業務相關的代碼  } }

　　具體模板角色類，實現了父類所聲明的基本方法，abstractMethod()方法所表明的就是強制子類實現的剩餘邏輯，而hookMethod()方法是可選擇實現的邏輯，不是必須實現的。

public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate{ //基本方法的實現  @Override public void abstractMethod() { //業務相關的代碼  } //重寫父類的方法  @Override public void hookMethod() { //業務相關的代碼  } }

　　模板模式的關鍵是：子類能夠置換掉父類的可變部分，可是子類卻不能夠改變模板方法所表明的頂級邏輯。

　　每當定義一個新的子類時，不要按照控制流程的思路去想，而應當按照「責任」的思路去想。換言之，應當考慮哪些操做是必須置換掉的，哪些操做是能夠置換掉的，以及哪些操做是不能夠置換掉的。使用模板模式可使這些責任變得清晰。

模板方法模式中的方法

　　模板方法中的方法能夠分爲兩大類：模板方法和基本方法。

　　模板方法

　　一個模板方法是定義在抽象類中的，把基本操做方法組合在一塊兒造成一個總算法或一個總行爲的方法。

　　一個抽象類能夠有任意多個模板方法，而不限於一個。每個模板方法均可以調用任意多個具體方法。

　　基本方法

　　基本方法又能夠分爲三種：抽象方法(Abstract Method)、具體方法(Concrete Method)和鉤子方法(Hook Method)。

　　●　　抽象方法：一個抽象方法由抽象類聲明，由具體子類實現。在Java語言裏抽象方法以abstract關鍵字標示。

　　●　　具體方法：一個具體方法由抽象類聲明並實現，而子類並不實現或置換。

　　●　　鉤子方法：一個鉤子方法由抽象類聲明並實現，而子類會加以擴展。一般抽象類給出的實現是一個空實現，做爲方法的默認實現。

　　在上面的例子中，AbstractTemplate是一個抽象類，它帶有三個方法。其中abstractMethod()是一個抽象方法，它由抽象類聲明爲抽象方法，並由子類實現；hookMethod()是一個鉤子方法，它由抽象類聲明並提供默認實現，而且由子類置換掉。concreteMethod()是一個具體方法，它由抽象類聲明並實現。

　　默認鉤子方法

　　一個鉤子方法經常由抽象類給出一個空實現做爲此方法的默認實現。這種空的鉤子方法叫作「Do Nothing Hook」。顯然，這種默認鉤子方法在缺省適配模式裏面已經見過了，一個缺省適配模式講的是一個類爲一個接口提供一個默認的空實現，從而使得缺省適配類的子類沒必要像實現接口那樣必須給出全部方法的實現，由於一般一個具體類並不須要全部的方法。

　　命名規則

　　命名規則是設計師之間賴以溝通的管道之一，使用恰當的命名規則能夠幫助不一樣設計師之間的溝通。

　　鉤子方法的名字應當以do開始，這是熟悉設計模式的Java開發人員的標準作法。在上面的例子中，鉤子方法hookMethod()應當以do開頭；在HttpServlet類中，也聽從這一命名規則，如doGet()、doPost()等方法。

 

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使用場景

　　考慮一個計算存款利息的例子。假設系統須要支持兩種存款帳號，即貨幣市場(Money Market)帳號和按期存款(Certificate of Deposite)帳號。這兩種帳號的存款利息是不一樣的，所以，在計算一個存戶的存款利息額時，必須區分兩種不一樣的帳號類型。

　　這個系統的總行爲應當是計算出利息，這也就決定了做爲一個模板方法模式的頂級邏輯應當是利息計算。因爲利息計算涉及到兩個步驟：一個基本方法給出帳號種類，另外一個基本方法給出利息百分比。這兩個基本方法構成具體邏輯，由於帳號的類型不一樣，因此具體邏輯會有所不一樣。

　　顯然，系統須要一個抽象角色給出頂級行爲的實現，而將兩個做爲細節步驟的基本方法留給具體子類實現。因爲須要考慮的帳號有兩種：一是貨幣市場帳號，二是按期存款帳號。系統的類結構以下圖所示。

　　源代碼

　　抽象模板角色類

public abstract class Account { /** * 模板方法，計算利息數額 * @return 返回利息數額 */ public final double calculateInterest(){ double interestRate = doCalculateInterestRate(); String accountType = doCalculateAccountType(); double amount = calculateAmount(accountType); return amount * interestRate; } /** * 基本方法留給子類實現 */ protected abstract String doCalculateAccountType(); /** * 基本方法留給子類實現 */ protected abstract double doCalculateInterestRate(); /** * 基本方法，已經實現 */ private double calculateAmount(String accountType){ /** * 省略相關的業務邏輯 */ return 7243.00; } }

　　具體模板角色類

public class MoneyMarketAccount extends Account { @Override protected String doCalculateAccountType() { return "Money Market"; } @Override protected double doCalculateInterestRate() { return 0.045; } }

public class CDAccount extends Account { @Override protected String doCalculateAccountType() { return "Certificate of Deposite"; } @Override protected double doCalculateInterestRate() { return 0.06; } }

客戶端類

public class Client { public static void main(String[] args) { Account account = new MoneyMarketAccount(); System.out.println("貨幣市場帳號的利息數額爲：" + account.calculateInterest()); account = new CDAccount(); System.out.println("按期帳號的利息數額爲：" + account.calculateInterest()); } }

 

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模板方法模式在Servlet中的應用

　　使用過Servlet的人都清楚，除了要在web.xml作相應的配置外，還需繼承一個叫HttpServlet的抽象類。HttpService類提供了一個service()方法，這個方法調用七個do方法中的一個或幾個，完成對客戶端調用的響應。這些do方法須要由HttpServlet的具體子類提供，所以這是典型的模板方法模式。下面是service()方法的源代碼：

 

    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException { String method = req.getMethod(); if (method.equals(METHOD_GET)) { long lastModified = getLastModified(req); if (lastModified == -1) { // servlet doesn't support if-modified-since, no reason // to go through further expensive logic  doGet(req, resp); } else { long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE); if (ifModifiedSince < (lastModified / 1000 * 1000)) { // If the servlet mod time is later, call doGet() // Round down to the nearest second for a proper compare // A ifModifiedSince of -1 will always be less  maybeSetLastModified(resp, lastModified); doGet(req, resp); } else { resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED); } } } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) { long lastModified = getLastModified(req); maybeSetLastModified(resp, lastModified); doHead(req, resp); } else if (method.equals(METHOD_POST)) { doPost(req, resp); } else if (method.equals(METHOD_PUT)) { doPut(req, resp); } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) { doDelete(req, resp); } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) { doOptions(req,resp); } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) { doTrace(req,resp); } else { // // Note that this means NO servlet supports whatever // method was requested, anywhere on this server. //  String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented"); Object[] errArgs = new Object[1]; errArgs[0] = method; errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs); resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg); } }

 

　　固然，這個service()方法也能夠被子類置換掉。

　　下面給出一個簡單的Servlet例子：

　　　　

　　從上面的類圖能夠看出，TestServlet類是HttpServlet類的子類，而且置換掉了父類的兩個方法：doGet()和doPost()。

 

public class TestServlet extends HttpServlet { public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { System.out.println("using the GET method"); } public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { System.out.println("using the POST method"); } }

 

　　從上面的例子能夠看出這是一個典型的模板方法模式。

　　HttpServlet擔任抽象模板角色

　　　　模板方法：由service()方法擔任。

　　　　基本方法：由doPost()、doGet()等方法擔任。

　　TestServlet擔任具體模板角色

　　　　TestServlet置換掉了父類HttpServlet中七個基本方法中的其中兩個，分別是doGet()和doPost()。

 

原文地址：《JAVA與模式》之模板方法模式