## 引入 在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述模板方法（Template Method）模式的： > 模板方法模式是类的行为模式。准备一个抽象类，将部分逻辑以具体方法以及具体构造函数的形式实现，然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法，从而对剩余的逻辑有不同的实现。这就是模板方法模式的用意。 ## 定义 所谓模板方法模式就是在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。 模板方法模式是基于继承的代码复用技术的。在模板方法模式中，我们可以将相同部分的代码放在父类中，而将不同的代码放入不同的子类中。也就是说我们需要声明一个抽象的父类，将部分逻辑以具体方法以及具体构造函数的形式实现，然后声明一些抽象方法让子类来实现剩余的逻辑，不同的子类可以以不同的方式来实现这些逻辑。 其实所谓模板就是一个方法，这个方法将算法的实现定义成了一组步骤，其中任何步骤都是可以抽象的，交由子类来负责实现。这样就可以保证算法的结构保持不变，同时由子类提供部分实现。 模板是一个方法，那么他与普通的方法存在什么不同呢？模板方法是定义在抽象类中，把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或者一组步骤的方法。而普通的方法是实现各个步骤的方法，我们可以认为普通方法是模板方法的一个组成部分。 ## 结构 　　模板方法模式是所有模式中最为常见的几个模式之一，是基于继承的代码复用的基本技术。 　　模板方法模式需要开发抽象类和具体子类的设计师之间的协作。一个设计师负责给出一个算法的轮廓和骨架，另一些设计师则负责给出这个算法的各个逻辑步骤。代表这些具体逻辑步骤的方法称做基本方法(primitive method)；而将这些基本方法汇总起来的方法叫做模板方法(template method)，这个设计模式的名字就是从此而来。 　　模板方法所代表的行为称为顶级行为，其逻辑称为顶级逻辑。模板方法模式的静态结构图如下所示：  这里涉及到两个角色： 　　抽象模板(Abstract Template)角色有如下责任： * 定义了一个或多个抽象操作，以便让子类实现。这些抽象操作叫做基本操作，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。 * 定义并实现了一个模板方法。这个模板方法一般是一个具体方法，它给出了一个顶级逻辑的骨架，而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中，推迟到子类实现。顶级逻辑也有可能调用一些具体方法。 　具体模板(Concrete Template)角色又如下责任： * 实现父类所定义的一个或多个抽象方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。 * 每一个抽象模板角色都可以有任意多个具体模板角色与之对应，而每一个具体模板角色都可以给出这些抽象方法（也就是顶级逻辑的组成步骤）的不同实现，从而使得顶级逻辑的实现各不相同。 ## 代码实现 举个例子，以准备去学校所要做的工作（prepareGotoSchool）为例，假设需要分三步：穿衣服（dressUp），吃早饭（eatBreakfast），带上东西（takeThings）。学生和老师要做得具体事情肯定有所区别。 抽象类AbstractClass ~~~ public abstract class AbstractPerson{ //抽象类定义整个流程骨架 public void prepareGotoSchool(){ dressUp(); eatBreakfast(); takeThings(); } //以下是不同子类根据自身特性完成的具体步骤 protected abstract void dressUp(); protected abstract void eatBreakfast(); protected abstract void takeThings(); } ~~~ 具体类ConcreteClass ~~~ public class Student extends AbstractPerson{ @Override protected void dressUp() { System.out.println(“穿校服"); } @Override protected void eatBreakfast() { System.out.println(“吃妈妈做好的早饭"); } @Override protected void takeThings() { System.out.println(“背书包，带上家庭作业和红领巾"); } } ~~~ ~~~ public class Teacher extends AbstractPerson{ @Override protected void dressUp() { System.out.println(“穿工作服"); } @Override protected void eatBreakfast() { System.out.println(“做早饭，照顾孩子吃早饭"); } @Override protected void takeThings() { System.out.println(“带上昨晚准备的考卷"); } } ~~~ 客户端 ~~~ public class Client { public static void main(String[] args) { Student student = new Student() student.prepareGotoSchool(); Teacher teacher = new Teacher() teacher.prepareGotoSchool(); } } ~~~ 模板模式的关键是：子类可以置换掉父类的可变部分，但是子类却不可以改变模板方法所代表的顶级逻辑。 　　每当定义一个新的子类时，不要按照控制流程的思路去想，而应当按照“责任”的思路去想。换言之，应当考虑哪些操作是必须置换掉的，哪些操作是可以置换掉的，以及哪些操作是不可以置换掉的。使用模板模式可以使这些责任变得清晰。 **引入钩子方法** 针对上面的情景，如果有人不吃早饭，但上述算法却总会有吃早饭的操作，遇到这个问题我们可以使用钩子。所谓钩子就是一种被声明在抽象类中的方法，但只有空的或者默认的实现。钩子的存在可以使子类能够对算法的不同点进行挂钩，即让子类能够对模板方法中某些即将发生变化的步骤做出相应的反应。当然要不要挂钩，由子类决定。 代码修改为： ~~~ public abstract class AbstractPerson{ //抽象类定义整个流程骨架 public void prepareGotoSchool(){ dressUp(); eatBreakfast(); takeThings(); } //以下是不同子类根据自身特性完成的具体步骤 protected abstract void dressUp(); //钩子方法 protected abstract void doEatBreakfast(){ } protected abstract void takeThings(); } ~~~ ## 模板方法模式中的方法 　　模板方法中的方法可以分为两大类：模板方法和基本方法。 　　**模板方法** 　　一个模板方法是定义在抽象类中的，把基本操作方法组合在一起形成一个总算法或一个总行为的方法。 　　一个抽象类可以有任意多个模板方法，而不限于一个。每一个模板方法都可以调用任意多个具体方法。 　　**基本方法** 　　基本方法又可以分为三种：抽象方法(Abstract Method)、具体方法(Concrete Method)和钩子方法(Hook Method)。 * 抽象方法：一个抽象方法由抽象类声明，由具体子类实现。在Java语言里抽象方法以abstract关键字标示。 * 具体方法：一个具体方法由抽象类声明并实现，而子类并不实现或置换。 * 钩子方法：一个钩子方法由抽象类声明并实现，而子类会加以扩展。通常抽象类给出的实现是一个空实现，作为方法的默认实现。 　**默认钩子方法** 　　一个钩子方法常常由抽象类给出一个空实现作为此方法的默认实现。这种空的钩子方法叫做“Do Nothing Hook”。显然，这种默认钩子方法在缺省适配模式里面已经见过了，一个缺省适配模式讲的是一个类为一个接口提供一个默认的空实现，从而使得缺省适配类的子类不必像实现接口那样必须给出所有方法的实现，因为通常一个具体类并不需要所有的方法。 　　**命名规则** 　　命名规则是设计师之间赖以沟通的管道之一，使用恰当的命名规则可以帮助不同设计师之间的沟通。 　　钩子方法的名字应当以do开始，这是熟悉设计模式的Java开发人员的标准做法。在上面的例子中，钩子方法hookMethod()应当以do开头；在HttpServlet类中，也遵从这一命名规则，如doGet()、doPost()等方法。 ## 模板方法模式在Servlet中的应用 　　使用过Servlet的人都清楚，除了要在web.xml做相应的配置外，还需继承一个叫HttpServlet的抽象类。HttpService类提供了一个service()方法，这个方法调用七个do方法中的一个或几个，完成对客户端调用的响应。这些do方法需要由HttpServlet的具体子类提供，因此这是典型的模板方法模式。下面是service()方法的源代码： ~~~ 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); } } ~~~ 当然，这个service()方法也可以被子类置换掉。 　　下面给出一个简单的Servlet例子：  从上面的类图可以看出，TestServlet类是HttpServlet类的子类，并且置换掉了父类的两个方法：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"); } } ~~~ 从上面的例子可以看出这是一个典型的模板方法模式。 HttpServlet担任**抽象模板**角色 　　　模板方法：由service()方法担任。 　　　基本方法：由doPost()、doGet()等方法担任。 TestServlet担任**具体模板**角色 　　　TestServlet置换掉了父类HttpServlet中七个基本方法中的其中两个，分别是doGet()和doPost()。 ## 优点 * 1、模板方法模式在定义了一组算法，将具体的实现交由子类负责。 * 2、模板方法模式是一种代码复用的基本技术。 * 3、模板方法模式导致一种反向的控制结构，通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的扩展增加新的行为，符合“开闭原则”。 ## 缺点 * 每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，是的系统更加庞大。 ## 使用场景 * 1、 一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。 * 2、 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。 * 3、控制子类的扩展。 ## 总结 * 1、 模板方法模式定义了算法的步骤，将这些步骤的实现延迟到了子类。 * 2、 模板方法模式为我们提供了一种代码复用的重要技巧。 * 3、 模板方法模式的抽象类可以定义抽象方法、具体方法和钩子。 * 4、 为了防止子类改变算法的实现步骤，我们可以将模板方法声明为final。