設計模式之模板方法模式

在我們實際開發中，如果一個方法極其複雜時，如果我們將所有的邏輯寫在一個方法中，那維護起來就很困難，要替換某些步驟時都要重新寫，這樣程式碼的擴充套件性就很差，當遇到這種情況就要考慮今天的主角——模板方法模式。

一、概念理解

模板方法模式的概念很簡單，在一個方法中定義一個演演算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中，模板方法使得子類可以在不改變演演算法結構的情況下，重新定義演演算法中的某些步驟。

既然概念叫「骨架」，那想當然的就是定義一個抽象類，這是模板方法模式的第一個角色——抽象模板角色，要有延遲子類實現骨架方法，這是模板方法的第二個角色——具體模板角色。

抽象模板角色：定義了一個或多個抽象操作，以便讓子類實現。這些抽象操作叫做基本操作，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。

具體模板角色：實現父類別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。每一個抽象模板角色都可以有任意多個具體模板角色與之對應。

二、案例實現

在我們的業務開發中往往都需要很多物件、很多方法，物件間也大都存在依賴關係，如果我們手動建立、管理物件就是一件極其困難的事。

如果我們使用工廠模式用於建立物件，使用一個容器用於管理物件，那麼再使用起來就變得極其簡單了。

在「這個過程」中建立物件就是一個很複雜的演演算法，而且建立物件的方式往往也不是單一的，我們要考慮能替換演演算法，這時候就可以使用模板方法模式。

假設建立物件有兩種方式，一種是基於註解，一種是基於xml，我們就將該方法定義為一個模板方法，基於註解和基於xml讓子類去實現。

我們用refresh()方法代表這個複雜的過程，在這個過程中應該包括：

①開始工作前的預處理；

②建立管理物件的容器(模板方法，基於註解和基於XML交給子類實現)；

③模板方法(交給子類，方便擴充套件)；

④其他方法（容器重新整理後、國際化、應用監聽、釋出事件，等等等一堆事）。

我們基於模板方法模式我們實現簡單的demo。

抽象模板角色：

我們在抽象模板角色中實現部分邏輯，而建立物件的容器obtainFreshBeanFactory()方法交給子類實現，onRefresh()空方法交給子類實現便於擴充套件。

/**
 * 抽象模板角色
 * @author tcy
 * @Date 28-09-2022
 */
public abstract class AbstractApplicationContext {

    /**
     * 案例中容器和物件的建立全過程
     */
    public void refresh(){

        this.prepareRefresh();

        this.obtainFreshBeanFactory();

        this.onRefresh();
    }

    protected void prepareRefresh(){
        System.out.println("我用於開始工作前的預處理...");
    }

    protected void obtainFreshBeanFactory(){
        System.out.println("我用於建立預設管理物件的容器...");
    }

    /**
     * 模板方法，子類去實現[springboot實現了他，感興趣具體可以研究一下]
     */
    protected void onRefresh() {
    }


    protected void otherMethod(){
        System.out.println("容器重新整理後、國際化、應用監聽、釋出事件，等等等，一堆事");
    }
}

具體模板角色-基於註解建立管理物件的容器

/**
 * 具體模板角色-基於註解
 * @author tcy
 * @Date 28-09-2022
 */
public class ApplicationContextAnnotation extends AbstractApplicationContext {
    @Override
    protected void obtainFreshBeanFactory() {
        System.out.println("這是基於註解的建立物件容器...");
    }
}

具體模板角色-基於xml建立管理物件的容器

/**
 * 具體模板角色-基於xml
 * @author tcy
 * @Date 28-09-2022
 */
public class ApplicationContextXml extends AbstractApplicationContext {
    @Override
    protected void obtainFreshBeanFactory() {
        System.out.println("這是xml的建立物件容器...");
    }
}

使用者端-模擬容器啟動過程：

/**
 * 容器啟動過程
 * @author tcy
 * @Date 28-09-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {

		//基於xml方式
        ApplicationContextXml applicationContextXml = new ApplicationContextXml();
        applicationContextXml.refresh();

		//基於註解方式
        ApplicationContextAnnotation annotation=new ApplicationContextAnnotation();
        annotation.refresh();

    }
}

我用於開始工作前的預處理...
這是xml的建立物件容器...
容器重新整理後、國際化、應用監聽、釋出事件，等等等，一堆事
我用於開始工作前的預處理...
這是基於註解的建立物件容器...
容器重新整理後、國際化、應用監聽、釋出事件，等等等，一堆事

對Spring原始碼稍微有點了解的同學大概已經知道，我們案例實現的正是簡易版的Spring的Refresh()方法，Refresh()方法是Spring最核心的方法，Spring良好的擴充套件性正是離不開模板方法模式的運用。下圖為Spring核心Refresh()方法的執行大流程註釋。

在我們案例中的onRefresh()的空方法，實際中Springboot就是實現了這個空方法，onRefresh()方法呼叫了Tomcat的jar包啟動，這也是Springboot不需要手動注入Tomcat的原因。

相信通過這個案例的理解，大部分同學不僅能很好的理解模板方法模式，想必對Spring的啟動過程也有了一個大概的瞭解。

三、總結

模板方法應用場景太普遍了，在實際開發中有多個子類共有的方法，並且邏輯相同，可以考慮使用模板方法模式。當面對重要、複雜的演演算法，也可以把核心演演算法設計為模板方法模式，相關細節則由各個子類實現。

模板方法優點突出：封裝不變部分，擴充套件可變部分；提取公共程式碼，便於維護；行為由父類別控制，子類實現。

模板方法的缺點很明顯，當方法實現過多的時候，每一個不同的實現都需要一個子類來實現，這必然導致類的個數增加，使得系統變得更加龐大。

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設計模式的學習要成體系，推薦你看我往期釋出的設計模式文章。