模板方法模式——看看 JDK 和 Spring 是如何優(yōu)雅復(fù)用代碼的
前言
模板，顧名思義，它是一個(gè)固定化、標(biāo)準(zhǔn)化的東西。
模板方法模式是一種行為設(shè)計(jì)模式， 它在超類中定義了一個(gè)算法的框架， 允許子類在不修改結(jié)構(gòu)的情況下重寫算法的特定步驟。
場景問題
程序員不愿多扯，上來先干兩行代碼
網(wǎng)上模板方法的場景示例特別多，個(gè)人感覺還是《Head First 設(shè)計(jì)模式》中的例子比較好。
假設(shè)我們是一家飲品店的師傅，起碼需要以下兩個(gè)手藝
真簡單哈，這么看，步驟大同小異，我的第一反應(yīng)就是寫個(gè)業(yè)務(wù)接口，不同的飲品實(shí)現(xiàn)其中的方法就行，像這樣
畫完類圖，猛地發(fā)現(xiàn)，第一步和第三步?jīng)]什么差別，而且做飲品是個(gè)流程式的工作，我希望使用時(shí)，直接調(diào)用一個(gè)方法，就去執(zhí)行對應(yīng)的制作步驟。
靈機(jī)一動(dòng)，不用接口了，用一個(gè)抽象父類，把步驟方法放在一個(gè)大的流程方法 makingDrinks() 中，且第一步和第三步，完全一樣，沒必要在子類實(shí)現(xiàn)，改進(jìn)如下
再看下我們的設(shè)計(jì)，感覺還不錯(cuò)，現(xiàn)在用同一個(gè) makingDrinks() 方法來處理咖啡和茶的制作，而且我們不希望子類覆蓋這個(gè)方法，所以可以申明為 final，不同的制作步驟，我們希望子類來提供，必須在父類申明為抽象方法，而第一步和第三步我們不希望子類重寫，所以我們聲明為非抽象方法
public?abstract?class?Drinks?{
????void?boilWater()?{
????????System.out.println("將水煮沸");
????}
????abstract?void?brew();
????void?pourInCup()?{
????????System.out.println("倒入杯子");
????}
????abstract?void?addCondiments();
????
????public?final?void?makingDrinks()?{
????????//熱水
????????boilWater();
????????//沖泡
????????brew();
????????//倒進(jìn)杯子
????????pourInCup();
????????//加料
????????addCondiments();
????}
}
接著，我們分別處理咖啡和茶，這兩個(gè)類只需要繼承父類，重寫其中的抽象方法即可（實(shí)現(xiàn)各自的沖泡和添加調(diào)料）
public?class?Tea?extends?Drinks?{
????@Override
????void?brew()?{
????????System.out.println("沖茶葉");
????}
????@Override
????void?addCondiments()?{
????????System.out.println("加檸檬片");
????}
}
public?class?Coffee?extends?Drinks?{
????@Override
????void?brew()?{
????????System.out.println("沖咖啡粉");
????}
????@Override
????void?addCondiments()?{
????????System.out.println("加奶加糖");
????}
}
現(xiàn)在可以上崗了，試著制作下咖啡和茶吧
public?static?void?main(String[]?args)?{
????Drinks?coffee?=?new?Coffee();
????coffee.makingDrinks();
????System.out.println();
????Drinks?tea?=?new?Tea();
????tea.makingDrinks();
}
好嘞，又學(xué)會(huì)一個(gè)設(shè)計(jì)模式，這就是模板方法模式，我們的 makingDrinks() 就是模板方法。我們可以看到相同的步驟 boilWater() 和 pourInCup() 只在父類中進(jìn)行即可，不同的步驟放在子類實(shí)現(xiàn)。
認(rèn)識(shí)模板方法
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為模式。準(zhǔn)備一個(gè)抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構(gòu)造函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，然后聲明一些抽象方法來迫使子類實(shí)現(xiàn)剩余的邏輯。不同的子類可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)這些抽象方法，從而對剩余的邏輯有不同的實(shí)現(xiàn)。這就是模板方法模式的用意。
寫代碼的一個(gè)很重要的思考點(diǎn)就是“變與不變”，程序中哪些功能是可變的，哪些功能是不變的，我們可以把不變的部分抽象出來，進(jìn)行公共的實(shí)現(xiàn)，把變化的部分分離出來，用接口來封裝隔離，或用抽象類約束子類行為。模板方法就很好的體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
模板方法定義了一個(gè)算法的步驟，并允許子類為一個(gè)或多個(gè)步驟提供實(shí)現(xiàn)。
模板方法模式是所有模式中最為常見的幾個(gè)模式之一，是基于繼承的代碼復(fù)用的基本技術(shù)，我們再看下類圖
模板方法模式就是用來創(chuàng)建一個(gè)算法的模板，這個(gè)模板就是方法，該方法將算法定義成一組步驟，其中的任意步驟都可能是抽象的，由子類負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)。這樣可以確保算法的結(jié)構(gòu)保持不變，同時(shí)由子類提供部分實(shí)現(xiàn)。
再回顧下我們制作咖啡和茶的例子，有些顧客要不希望咖啡加糖或者不希望茶里加檸檬，我們要改造下模板方法，在加相應(yīng)的調(diào)料之前，問下顧客
public?abstract?class?Drinks?{
????void?boilWater()?{
????????System.out.println("將水煮沸");
????}
????abstract?void?brew();
????void?pourInCup()?{
????????System.out.println("倒入杯子");
????}
????abstract?void?addCondiments();
????public?final?void?makingDrinks()?{
????????boilWater();
????????brew();
????????pourInCup();
????????//如果顧客需要，才加料
????????if?(customerLike())?{
????????????addCondiments();
????????}
????}
????//定義一個(gè)空的缺省方法，只返回?true
????boolean?customerLike()?{
????????return?true;
????}
}
如上，我們加了一個(gè)邏輯判斷，邏輯判斷的方法時(shí)一個(gè)只返回 true 的方法，這個(gè)方法我們叫做 鉤子方法。
鉤子：在模板方法的父類中，我們可以定義一個(gè)方法，它默認(rèn)不做任何事，子類可以視情況要不要覆蓋它，該方法稱為“鉤子”。
鉤子方法一般是空的或者有默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。鉤子的存在，可以讓子類有能力對算法的不同點(diǎn)進(jìn)行掛鉤。而要不要掛鉤，又由子類去決定。
是不是很有用呢，我們再看下咖啡的制作
public?class?Coffee?extends?Drinks?{
????@Override
????void?brew()?{
????????System.out.println("沖咖啡粉");
????}
????@Override
????void?addCondiments()?{
????????System.out.println("加奶加糖");
????}
??//覆蓋了鉤子，提供了自己的詢問功能，讓用戶輸入是否需要加料
????boolean?customerLike()?{
????????String?answer?=?getUserInput();
????????if?(answer.toLowerCase().startsWith("y"))?{
????????????return?true;
????????}?else?{
????????????return?false;
????????}
????}
????//處理用戶的輸入
????private?String?getUserInput()?{
????????String?answer?=?null;
????????System.out.println("您想要加奶加糖嗎？輸入 YES 或 NO");
????????BufferedReader?reader?=?new?BufferedReader(new?InputStreamReader(System.in));
????????try?{
????????????answer?=?reader.readLine();
????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????????if?(answer?==?null)?{
????????????return?"no";
????????}
????????return?answer;
????}
}
接著再去測試下代碼，看看結(jié)果吧。
我想你應(yīng)該知道鉤子的好處了吧，它可以作為條件控制，影響抽象類中的算法流程，當(dāng)然也可以什么都不做。
模板方法有很多種實(shí)現(xiàn)，有時(shí)看起來可能不是我們所謂的“中規(guī)中矩”的設(shè)計(jì)。接下來我們看下 JDK 和 Spring 中是怎么使用模板方法的。
JDK 中的模板方法
我們寫代碼經(jīng)常會(huì)用到 comparable 比較器來對數(shù)組對象進(jìn)行排序，我們都會(huì)實(shí)現(xiàn)它的 compareTo() 方法，之后就可以通過 Collections.sort() 或者 Arrays.sort() 方法進(jìn)行排序了。
具體的實(shí)現(xiàn)類就不寫了(可以去 github：starfish-learning 上看我的代碼)，看下使用
@Override
public?int?compareTo(Object?o)?{
????Coffee?coffee?=?(Coffee)?o;
????if(this.price?????????return?-1;
????}else?if(this.price?==?coffee.price){
????????return?0;
????}else{
????????return?1;
????}
}
public?static?void?main(String[]?args)?{
??Coffee[]?coffees?=?{new?Coffee("星冰樂",38),
??????????????????????new?Coffee("拿鐵",32),
??????????????????????new?Coffee("摩卡",35)};
?
??Arrays.sort(coffees);
??for?(Coffee?coffee1?:?coffees)?{
????System.out.println(coffee1);
??}
}
你可能會(huì)說，這個(gè)看著不像我們常規(guī)的模板方法，是的。我們看下比較器實(shí)現(xiàn)的步驟
構(gòu)建對象數(shù)組 通過 Arrays.sort 方法對數(shù)組排序，傳參為 Comparable接口的實(shí)例比較時(shí)候會(huì)調(diào)用我們的實(shí)現(xiàn)類的 compareTo()方法將排好序的數(shù)組設(shè)置進(jìn)原數(shù)組中，排序完成
一臉懵逼，這個(gè)實(shí)現(xiàn)竟然也是模板方法。
這個(gè)模式的重點(diǎn)在于提供了一個(gè)固定算法框架，并讓子類實(shí)現(xiàn)某些步驟，雖然使用繼承是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方式，但通過回調(diào)來實(shí)現(xiàn)，也不能說這就不是模板方法。
其實(shí)并發(fā)編程中最常見，也是面試必問的 AQS 就是一個(gè)典型的模板方法。
Spring 中的模板方法
Spring 中的設(shè)計(jì)模式太多了，而且大部分?jǐn)U展功能都可以看到模板方式模式的影子。
我們看下 IOC 容器初始化時(shí)中的模板方法，不管是 XML 還是注解的方式，對于核心容器啟動(dòng)流程都是一致的。
AbstractApplicationContext 的 refresh 方法實(shí)現(xiàn)了 IOC 容器啟動(dòng)的主要邏輯。
一個(gè) refresh() 方法包含了好多其他步驟方法，像不像我們說的 模板方法，getBeanFactory() 、refreshBeanFactory() 是子類必須實(shí)現(xiàn)的抽象方法，postProcessBeanFactory() 是鉤子方法。
public?abstract?class?AbstractApplicationContext?extends?DefaultResourceLoader
??????implements?ConfigurableApplicationContext?{
?@Override
?public?void?refresh()?throws?BeansException,?IllegalStateException?{
??synchronized?(this.startupShutdownMonitor)?{
???prepareRefresh();
???ConfigurableListableBeanFactory?beanFactory?=?obtainFreshBeanFactory();
???prepareBeanFactory(beanFactory);
????????????postProcessBeanFactory(beanFactory);
????????????invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
????????????registerBeanPostProcessors(beanFactory);
????????????initMessageSource();
????????????initApplicationEventMulticaster();
????????????onRefresh();
????????????registerListeners();
????????????finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
????????????finishRefresh();
??}
?}
????//?兩個(gè)抽象方法
????@Override
?public?abstract?ConfigurableListableBeanFactory?getBeanFactory()?throws???IllegalStateException;?
????
????protected?abstract?void?refreshBeanFactory()?throws?BeansException,?IllegalStateException;
????
????//鉤子方法
????protected?void?postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory?beanFactory)?{
?}
?}
打開你的 IDEA，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)常用的 ClassPathXmlApplicationContext 和 AnnotationConfigApplicationContext 啟動(dòng)入口，都是它的實(shí)現(xiàn)類（子類的子類的子類的...）。
AbstractApplicationContext的一個(gè)子類 AbstractRefreshableWebApplicationContext 中有鉤子方法 onRefresh()的實(shí)現(xiàn)：
public?abstract?class?AbstractRefreshableWebApplicationContext?extends?……?{
????/**
??*?Initialize?the?theme?capability.
??*/
?@Override
?protected?void?onRefresh()?{
??this.themeSource?=?UiApplicationContextUtils.initThemeSource(this);
?}
}
看下大概的類圖：
小總結(jié)
優(yōu)點(diǎn)：1、封裝不變的部分，擴(kuò)展可變的部分。2、提取公共代碼，便于維護(hù)。3、行為由父類控制，子類實(shí)現(xiàn)。
缺點(diǎn)：每一個(gè)不同的實(shí)現(xiàn)都需要一個(gè)子類來實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致類的個(gè)數(shù)增加，使得系統(tǒng)更加龐大。
使用場景：1、有多個(gè)子類共有的方法，且邏輯相同。2、重要的、復(fù)雜的方法，可以考慮作為模板方法。
注意事項(xiàng)：為防止惡意操作，一般模板方法都加上 final 關(guān)鍵詞。
參考：
《Head First 設(shè)計(jì)模式》、《研磨設(shè)計(jì)模式》
https://sourcemaking.com/design_patterns/template_method
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