模板方法模式

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，将某些步骤延迟到子类中实现。该模式允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些特定步骤。

概述[编辑 | 编辑源代码]

模板方法模式属于行为型模式，其主要特点是通过抽象类定义算法的框架，而将具体实现交给子类完成。这种模式常用于：

存在多个相似算法，但某些步骤可能不同
需要控制子类扩展点，避免算法结构被破坏
提取公共行为到父类，减少代码重复

模式结构[编辑 | 编辑源代码]

关键角色：

抽象类（Abstract Class）：定义算法骨架和抽象操作
具体类（Concrete Class）：实现抽象操作，完成特定步骤

代码示例[编辑 | 编辑源代码]

以下是Java实现的模板方法模式示例：

// 抽象类定义模板方法
abstract class DataProcessor {
    // 模板方法（final防止子类覆盖）
    public final void process() {
        readData();
        transformData();
        writeData();
    }
    
    // 具体方法（已有默认实现）
    protected void readData() {
        System.out.println("读取数据...");
    }
    
    // 抽象方法（由子类实现）
    protected abstract void transformData();
    
    // 钩子方法（可选覆盖）
    protected void writeData() {
        System.out.println("写入数据...");
    }
}

// 具体实现类
class CSVProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    protected void transformData() {
        System.out.println("转换CSV数据...");
    }
}

class XMLProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    protected void transformData() {
        System.out.println("转换XML数据...");
    }
    
    @Override
    protected void writeData() {
        System.out.println("写入XML到数据库...");
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        DataProcessor csv = new CSVProcessor();
        csv.process();
        
        DataProcessor xml = new XMLProcessor();
        xml.process();
    }
}

输出结果：

读取数据...
转换CSV数据...
写入数据...
读取数据...
转换XML数据...
写入XML到数据库...

模式组成[编辑 | 编辑源代码]

模板方法[编辑 | 编辑源代码]

定义算法骨架，通常声明为final以防止子类修改算法结构： $\begin{aligned} templateMethod() = step1() \to step2() \to step3() \end{aligned}$

基本方法[编辑 | 编辑源代码]

1. 抽象方法：必须由子类实现（如示例中的transformData()） 2. 具体方法：父类已提供实现（如readData()） 3. 钩子方法：可选覆盖的空方法，提供额外扩展点

实际应用案例[编辑 | 编辑源代码]

框架设计[编辑 | 编辑源代码]

Web框架中常见模板方法模式的应用：

Servlet的service()方法调用doGet()/doPost()
Spring的JdbcTemplate执行SQL流程

游戏开发[编辑 | 编辑源代码]

游戏循环的典型实现：

class Game:
    def run(self):
        self.initialize()
        while not self.game_over():
            self.update()
            self.render()
        self.cleanup()
    
    def initialize(self): pass
    def game_over(self): return False
    def update(self): pass
    def render(self): pass
    def cleanup(self): pass

优缺点[编辑 | 编辑源代码]

优点：

提高代码复用性
良好的扩展性（通过子类实现变化部分）
符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）

缺点：

每个不同实现都需要一个子类，可能导致类数量增加
父类与子类之间存在较强耦合
调试和理解流程可能较复杂

最佳实践[编辑 | 编辑源代码]

1. 尽量缩小模板方法的范围，使其只包含真正不变的部分 2. 使用命名约定区分基本方法（如前缀"do"） 3. 谨慎使用钩子方法，避免过度复杂化 4. 考虑与依赖注入结合使用，提高灵活性

通过模板方法模式，开发者可以建立稳定的算法框架，同时允许特定步骤的灵活变化，这是许多框架和库设计的核心模式之一。