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我的Java设计模式-模板方法模式

近日,ofo小黄车宣布入驻法国巴黎,正式进入全球第20个国家,共享单车已然改变了我们的出行方式。就拿我自己来说,每当下班出地铁的第一件事,以光速锁定一辆共享单车,百米冲刺的速度抢在别人之前占领它。

而大家都是重复着同样的动作,拿出手机开锁、骑车、上锁、结算,哇~这是何等壮观的场景,甚至还有的不用开锁直接把车骑走的,锁坏了嘛。

为什么要用模板方法模式

现在共享单车以开锁的方式来分,一般有扫码开锁和密码开锁两种,来看共享单车使用流程的实现。

正常的思维逻辑是,抽象一个父类,子类继承父类并实现父类方法。OK,看抽象类代码:

public abstract class AbstractClass {
    // 开锁
    public abstract void unlock();
    // 骑行
    public abstract void ride();
    // 上锁
    public abstract void lock();
    // 结算
    public abstract void pay();
    // 用户使用
    public abstract void use();
}
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抽象类定义了我们使用共享单车的几个基本流程,现在有两种不同开锁方式单车的使用,都继承抽象类,代码如下:

// 
public class ScanBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println("扫码开锁");
    }

    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("骑起来很拉风");
    }

    @Override
    public void lock() {
        System.out.println("上锁");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("结算");
    }

    @Override
    public void use() {
        unlock();
        ride();
        lock();
        pay();
    }
}
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以上是通过扫码方式开锁骑行,再来看密码开锁骑行,代码如下:

public class CodeBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println("密码开锁");
    }

    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("骑起来很拉风");
    }

    @Override
    public void lock() {
        System.out.println("上锁");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("结算");
    }

    @Override
    public void use() {
        unlock();
        ride();
        lock();
        pay();
    }
}
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好了,两种方式都定义好了,看客户端的调用:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ScanBicycle scanBicycle = new ScanBicycle();
        scanBicycle.use();
        System.out.println("========================");
        CodeBicycle codeBicycle = new CodeBicycle();
        codeBicycle.use();
    }
}
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结果如下:

扫码开锁

骑起来很拉风

上锁

结算

========================

扫码开锁

骑起来很拉风

上锁

结算

相信都已经看出代码的问题,use方法的实现是一样的,也就是代码重复了,这是病必须得治,药方就是模板方式模式。

模板方法模式

定义

  定义抽象类并且声明一些抽象基本方法供子类实现不同逻辑,同时在抽象类中定义具体方法把抽象基本方法封装起来,这就是模板方法模式。

UML

模板方法模式

模板方法模式涉及到的角色有两个角色:

- 抽象模板角色:定义一组基本方法供子类实现,定义并实现组合了基本方法的模板方法。

- 具体模板角色:实现抽象模板角色定义的基本方法

模板方法模式还涉及到以下方法的概念:

基本方法

  • 抽象方法:由抽象模板角色声明,abstract修饰,具体模板角色实现。

  • 钩子方法:由抽象模板角色声明并实现,具体模板角色可实现加以扩展。

  • 具体方法:由抽象模板角色声明并实现,而子类并不实现。

模板方法

抽象模板角色声明并实现,负责对基本方法的调度,一般以final修饰,不允许具体模板角色重写。模板方法一般也是一个具体方法。

模式实战

利用模板方式模式对上面的代码进行重构,来看抽象模板角色,代码如下:

public abstract class AbstractClass {

    protected boolean isNeedUnlock = true;  // 默认需要开锁

    /**
     * 基本方法,子类需要实现
     */
    protected abstract void unlock();

    /**
     * 基本方法,子类需要实现
     */
    protected abstract void ride();

    /**
     * 钩子方法,子类可实现
     *
     * @param isNeedUnlock
     */
    protected void isNeedUnlock(boolean isNeedUnlock) {
        this.isNeedUnlock = isNeedUnlock;
    }

    /**
     * 模板方法,负责调度基本方法,子类不可实现
     */
    public final void use() {
        if (isNeedUnlock) {
            unlock();
        } else {
            System.out.println("========锁坏了,不用解锁========");
        }
        ride();
    }

}
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抽象模板角色定义了unlock和ride两个使用单车的基本方法,还有一个钩子方法,用来控制模板方法逻辑顺序,核心是use模板方法,用final修饰,该方法完成对基本方法调度。注意,模板方法中对基本方法的调度是有顺序有规则的。还有一点,基本方法都是protected修饰的,因为基本方法都是在以public修饰的模板方法中调用,并且可以由子类实现,并不需要暴露给其他类调用。

现在来看两个具体模板角色的实现:

// 扫码开锁的单车
public class ScanBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    protected void unlock() {
        System.out.println("========" + "扫码开锁" + "========");
    }

    @Override
    protected void ride() {
        System.out.println(getClass().getSimpleName() + "骑起来很拉风");
    }

    protected void isNeedUnlock(boolean isNeedUnlock) {
        this.isNeedUnlock = isNeedUnlock;
    }
}

// 密码开锁的单车
public class CodeBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    protected void unlock() {
        System.out.println("========" + "密码开锁" + "========");
    }

    @Override
    protected void ride() {
        System.out.println(getClass().getSimpleName() + "骑起来很拉风");
    }

    protected void isNeedUnlock(boolean isNeedUnlock) {
        this.isNeedUnlock = isNeedUnlock;
    }
}
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可以看到,相比之前的实现,现在两个具体类都不需要实现use方法,只负责实现基本方法的逻辑,职责上变得更加清晰了。来看用户如何使用:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ScanBicycle scanBicycle = new ScanBicycle();
        scanBicycle.use();
        
        CodeBicycle codeBicycle = new CodeBicycle();
        codeBicycle.use();
    }
}
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运行结果如下:

========扫码开锁========

ScanBicycle骑起来很拉风

========密码开锁========

CodeBicycle骑起来很拉风

当我以百米冲刺的速度跑到共享单车面前时,发现这辆车的锁是坏掉的,也就是不用开锁,免费的,骑回家收藏也没问题。在代码中只要调用钩子方法isNeedUnlock就好,实现如下:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ScanBicycle scanBicycle = new ScanBicycle();
        scanBicycle.isNeedUnlock(false);
        scanBicycle.use();

        CodeBicycle codeBicycle = new CodeBicycle();
		codeBicycle.isNeedUnlock(true);
        codeBicycle.use();
    }
}
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运行结果如下:

========锁坏了,不用解锁========

ScanBicycle骑起来很拉风

========密码开锁========

CodeBicycle骑起来很拉风

上面提到模板方法对基本方法的调度是有顺序的,也就是说模板方法中的逻辑是不可变的,子类只实现可以被实现的基本方法,但不会改变模板方法中的顶级逻辑。而钩子方法的使用只是对模板方法中逻辑的控制,影响的是模板方法的结果,并不会改变原有逻辑。

模板方法模式的优缺点

优点

1)良好的封装性。把公有的不变的方法封装在父类,而子类负责实现具体逻辑。

2)良好的扩展性:增加功能由子类实现基本方法扩展,符合单一职责原则和开闭原则。

3)复用代码。

缺点

1)由于是通过继承实现代码复用来改变算法,灵活度会降低。

2)子类的执行影响父类的结果,增加代码阅读难度。

总结

模板方法模式看上去简单,但是整个模式涉及到的都是面向对象设计的核心,比如继承封装,基于继承的代码复用,方法的实现等等。当中还有涉及到一些关键词的使用,也是我们Java编程中需要掌握的基础。总体来说,模板方法模式是很好的学习对象。下一篇是中介者模式,您的点赞和关注是我的动力,再会!

设计模式Java源码GitHub下载https://github.com/jetLee92/DesignPattern

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