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模板方法模式：从咖啡和茶到Spring框架，掌握设计模式的精髓
《Head First 设计模式》是一本经典的设计模式入门书籍，它以轻松幽默的方式讲解了设计模式的核心思想。其中，模板方法模式是一个非常简单但非常实用的设计模式，它可以帮助我们定义算法的骨架，同时将具体实现延迟到子类中。今天，我们就通过书中的例子，结合代码，来深入理解模板方法模式，并探讨它在JDK和Spring框架中的应用。
什么是模板方法模式？
模板方法模式的定义是：
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。
简单来说，模板方法模式就是将算法的通用部分放在父类中，而将可变的部分交给子类去实现。这样既能避免代码重复，又能保证算法的结构不被破坏。
从咖啡和茶的故事说起
在《Head First 设计模式》中，作者用一个咖啡和茶的例子来讲解模板方法模式。我们来看看咖啡和茶的冲泡过程：
咖啡的冲泡过程
- 把水煮沸
- 用沸水冲泡咖啡
- 把咖啡倒进杯子
- 加糖和牛奶
茶的冲泡过程
- 把水煮沸
- 用沸水浸泡茶叶
- 把茶倒进杯子
- 加柠檬
我们发现，咖啡和茶的冲泡过程非常相似，只有第2步和第4步有所不同。那么，我们是否可以将这个冲泡过程抽象出来，形成一个模板方法呢？
用模板方法模式实现咖啡和茶
第一步：定义抽象类
我们定义一个抽象类 CaffeineBeverage，它包含了一个模板方法 prepareRecipe()，这个方法定义了冲泡饮料的算法骨架。然后，我们将一些步骤延迟到子类中实现。
abstract class CaffeineBeverage {// 模板方法，定义了算法的骨架final void prepareRecipe() {boilWater();brew();pourInCup();addCondiments();}// 具体步骤，子类必须实现abstract void brew();abstract void addCondiments();// 通用步骤，所有子类共享void boilWater() {System.out.println("Boiling water");}void pourInCup() {System.out.println("Pouring into cup");}
}
第二步：实现具体子类
接下来，我们分别实现 Coffee 和 Tea 类，它们继承自 CaffeineBeverage，并实现各自的 brew() 和 addCondiments() 方法。
class Coffee extends CaffeineBeverage {@Overridevoid brew() {System.out.println("Dripping Coffee through filter");}@Overridevoid addCondiments() {System.out.println("Adding Sugar and Milk");}
}class Tea extends CaffeineBeverage {@Overridevoid brew() {System.out.println("Steeping the tea");}@Overridevoid addCondiments() {System.out.println("Adding Lemon");}
}
第三步：测试代码
现在，我们可以通过调用 prepareRecipe() 方法来冲泡咖啡或茶。
public class CaffeineBeverageTest {public static void main(String[] args) {CaffeineBeverage coffee = new Coffee();CaffeineBeverage tea = new Tea();System.out.println("Making coffee...");coffee.prepareRecipe();System.out.println("\nMaking tea...");tea.prepareRecipe();}
}
运行结果：
Making coffee...
Boiling water
Dripping Coffee through filter
Pouring into cup
Adding Sugar and MilkMaking tea...
Boiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding Lemon
模板方法模式的核心思想
通过上面的例子，我们可以总结出模板方法模式的核心思想：
- 定义算法的骨架：将算法的通用部分放在父类中，形成一个模板方法。
- 延迟实现：将算法的可变部分延迟到子类中实现。
- 避免代码重复：通过抽象类将通用逻辑提取出来，避免子类重复代码。
模板方法模式的优点
- 代码复用：将通用逻辑放在父类中，子类只需关注自己的实现。
- 扩展性好：新增子类时，只需实现可变部分，而不需要修改算法的结构。
- 符合开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。
模板方法模式的应用场景
模板方法模式非常适合以下场景：
- 固定流程，可变细节：例如数据处理流程、工作流引擎等。
- 避免重复代码：当多个类有相似的逻辑时，可以将通用部分提取到父类中。
- 框架设计：框架通常定义流程，而将具体实现交给用户。
模板方法模式在JDK中的应用
在JDK中，模板方法模式也有广泛的应用。例如，java.util.AbstractList 就是一个典型的模板方法模式实现。
AbstractList 是一个抽象类，它定义了列表操作的通用逻辑，而将具体的操作（如 get()、set() 等）延迟到子类中实现。
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {// 模板方法，定义了算法的骨架public boolean add(E e) {add(size(), e);return true;}// 具体步骤，子类必须实现abstract public E get(int index);abstract public E set(int index, E element);// 通用步骤，所有子类共享public void add(int index, E element) {throw new UnsupportedOperationException();}
}
通过这种方式，AbstractList 提供了一个通用的列表操作框架，而具体的实现（如 ArrayList、LinkedList 等）可以根据自己的需求进行扩展。
模板方法模式在Spring框架中的应用
在Spring框架中，模板方法模式也有广泛的应用。例如，JdbcTemplate 就是一个典型的模板方法模式实现。
JdbcTemplate 提供了一个通用的数据库操作框架，而将具体的SQL执行逻辑交给用户实现。
public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations {// 模板方法，定义了算法的骨架public <T> T query(String sql, ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {return query(sql, new ResultSetExtractor<T>() {@Overridepublic T extractData(ResultSet rs) throws SQLException, DataAccessException {return rse.extractData(rs);}});}// 具体步骤，用户必须实现public <T> T query(String sql, ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {return execute(sql, new PreparedStatementCallback<T>() {@Overridepublic T doInPreparedStatement(PreparedStatement ps) throws SQLException, DataAccessException {ResultSet rs = null;try {rs = ps.executeQuery();return rse.extractData(rs);} finally {JdbcUtils.closeResultSet(rs);}}});}
}
通过这种方式，JdbcTemplate 提供了一个通用的数据库操作框架，而用户只需关注自己的SQL执行逻辑。
总结
模板方法模式是设计模式中最简单但最实用的模式之一。它通过定义算法的骨架，将可变部分延迟到子类中，既保证了代码的复用性，又增强了系统的扩展性。
通过《Head First 设计模式》中的咖啡和茶例子，我们可以清晰地理解模板方法模式的核心思想，并掌握如何在实际开发中应用它。
如果你正在学习设计模式，不妨从模板方法模式开始，用一杯咖啡和茶的时间，掌握设计模式的精髓！
互动话题：你在实际开发中用过模板方法模式吗？欢迎在评论区分享你的经验和心得！