模板设计-base

什么是模板？

举个简单的例子，以AABB的格式，写出一个词语，你可能会想到，明明白白，干干净净等，
这个AABB就是一个模板，对模板心中有了一个清晰的概念之后，我们再来看今天我们的内容，模板设计。

实现思路

我们在父类中，定义处理流程的框架，子类中实现具体处理。

要如何实现这样的思路呢？

在父类中定义多个抽象方法，然后由一个模板方法来进行调用，决定如何使用这些模板方法，就形成了处理流程的框架。

子类继承父类，只需要实现抽象方法。这样一来模板方法就留在了父类中，各个子类都可以有自己的实现方式。

代码实现

我们定义AbstractDisplay作为父类里面有open、print、close 3个抽象方法，一个display模板方法。

charDisplay和StringDisplay作为AbstractDisplay的子类，去实现各自的open、print、close方法。
最终我们用子类统一去调用父类已经实现的display模板方法，查看效果。

public abstract class AbstractDisplay {
    /**
     * 交给字类实现的抽象方法（1） open
     */
    public abstract void open();
    /**
     * 交给字类实现的抽象方法（2）print
     */
    public abstract void print();
    /**
     * 交给字类实现的抽象方法（3）close
     */
    public abstract void close();

    /**
     * 模板方法，先调用open在调用5次print方法，最后调用close。
     * 可以看出，父类中只调用抽象方法，但不实现抽象方法，具体实现交给子类。
     */
    public final void display(){
        open();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            print();
        }
        close();
    }
}

接下来让我们看看CharDisplay和StringDisplay是如何实现的。

public class CharDisplay extends AbstractDisplay{
    private char character;

    public CharDisplay(char c){
        this.character = c;
    }

    @Override
    public void open() {
        System.out.print("<<");
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.print(character);
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println(">>");
    }
}

public class StringDisplay extends AbstractDisplay{

    private String string;
    private Integer times;

    public StringDisplay(String string) {
        this.string = string;
        times = string.toCharArray().length;
    }



    @Override
    public void open() {
        System.out.print("+");
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println("+");
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("|"+string+"|");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.print("+");
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println("+");
    }
}

让我们在Main类中调用试试看吧

public class Main3 {
    public static void main(String[] args) {
        //生成一个持有'H'的CharDisplay实例
        AbstractDisplay d1 = new CharDisplay('H');
        //生成一个持有'Hello,world.'的StringDisplay类的实例
        AbstractDisplay d2 = new StringDisplay("Hello,world.");
        //由于d1、d2都是AbstractDisplay的实例，可以调用继承的display方法，实际的程序行为取决于CharDisplay类和StringDisplay类的具体实现
        d1.display();
        d2.display();
    }
}

输出结果

我们创建了一个AbstractDisplay的模板，最终却生成了两种不同的结果！就像AABB的模板最终可以生成明明白白和干干净净一样！

恭喜你！！掌握了模板设计模式的基本使用！接下来让我们拓展一下思路。

思路拓展

可以使逻辑处理通用化

使用 Template Method模式究竟能带来什么好处呢?

让我们先看看Template Method模式的类图是什么样的

使用 Template Method模式究竟能带来什么好处呢?

这里，它的优点是由于在父类的模板方法中编写了算法，因此无需在每个子类中再重复编写算法。

例如，我们没使用 Template Method模式，而是使用文本编辑器的复制和粘贴功能编写了多个ConcreteClass角色。此时，会出现ConcreteClass1、ConcreteClass2、Concreteclass3 等很多相似的类。编写完成后立即发现了Bug还好，但如果是过一段时间才发现在Concreteclass1中有 Bug，该怎么办呢?这时，我们就必须将这个 Bug的修改反映到所有的 ConcreteClass 角色中才行。

关于这一点，如果是使用 Template Method模式进行编程，当我们在模板方法中发现Bug时只需要修改模板方法即可解决问题。

父类与子类之间的协助

在 Template Method模式中，父类和子类是紧密联系、共同工作的。因此，在子类中实现父类中声明的抽象方法时，必须要理解这些抽象方法被调用的时机。在看不到父类的源代码的情况下想要编写出子类是非常困难的。

模板设计-plus

练习题一

java.io.Inputstream类使用了Template Method模式。请阅读官方文档(JDK的API参考资料 )，从中找出需要用java.io.Inputstream 的子类去实现的方法。

练习题二

上面给出的AbstractDisplay类的display方法如下

public final void display(){
	....
}
这里使用了final修饰符，请问这是想表达什么意思呢？

练习题三

如果想要让示例程序中的open、print、close方法可以被具有继承关系的类和同一程序包中的类调用，但是不能被无关的其他类调用，应当怎么做呢?

练习题四

Java中的接口与抽象类很相似。接口同样也是抽象方法的集合，但是在TemplateMethod 模式中，我们却无法使用接口来扮演AbstractClass角色，请问这是为什么呢?

答案

练习题一

查阅文档后，你就会知道，InputStream是一个抽象类，其中需要子类实现的抽象方法只有一个就是read方法啦！

练习题二

final关键字修饰方法的时候，表示定义在父类中的模板方法display无法在子类中进行重写，这正和我们期望的一致，我们希望模板方法由父类直接实现，即父类直接定义抽象方法的使用框架，不希望子类再去进行重写，使用模板设计模式时，子类也不应该重写模板方法。

练习题三

可以将AbstractDisplay类中的open，print，close方法的可见性声明为protected。这样就可以让继承该类的子类调用这些方法，而其他包中的类无法调用这些方法(不过同一个包中的类依然可以调用这些方法)。

练习题四

这是因为 TemplateMethod模式中的AbstractClass角色必须实现处理的流程。在抽象类中可以实现一部分方法(例如 AbstractDisplay类中的display方法)，但是在接口中是无法实现方法的。因此，在TemplateMethod 模式中，无法用接口替代抽象类。

在Java8之前以上结论成立，在Java8之后，引入了defualt关键字，增强了接口的功能，使得接口也可以实现方法。

知识关联性

Factory Method 模式(工厂模式)

是将 Template Method 模式用于生成实例的一个典型例子。

Strategy模式（策略模式）

在 Template Method 模式中，可以使用继承改变程序的行为。这是因为 Template Method 模式在父类中定义程序行为的框架，在子类中决定具体的处理。
与此相对的是 Strategy模式，它可以使用委托改变程序的行为。与Template Method 模式中改变部分程序行为不同的是，Strategy模式用于替换整个算法。

模板设计模式(Template Method)的讲解到此就结束啦，感谢阅读。💕