我的Java設計模式-模板方法模式

Jet啟思發表於2017-12-11
Java設計模式

近日，ofo小黃車宣佈入駐法國巴黎，正式進入全球第20個國家，共享單車已然改變了我們的出行方式。就拿我自己來說，每當下班出地鐵的第一件事，以光速鎖定一輛共享單車，百米衝刺的速度搶在別人之前佔領它。

而大家都是重複著同樣的動作，拿出手機開鎖、騎車、上鎖、結算，哇~這是何等壯觀的場景，甚至還有的不用開鎖直接把車騎走的，鎖壞了嘛。

為什麼要用模板方法模式

現在共享單車以開鎖的方式來分，一般有掃碼開鎖和密碼開鎖兩種，來看共享單車使用流程的實現。

正常的思維邏輯是，抽象一個父類，子類繼承父類並實現父類方法。OK，看抽象類程式碼：

public abstract class AbstractClass {
    // 開鎖
    public abstract void unlock();
    // 騎行
    public abstract void ride();
    // 上鎖
    public abstract void lock();
    // 結算
    public abstract void pay();
    // 使用者使用
    public abstract void use();
}
複製程式碼

抽象類定義了我們使用共享單車的幾個基本流程，現在有兩種不同開鎖方式單車的使用，都繼承抽象類，程式碼如下：

// 
public class ScanBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println("掃碼開鎖");
    }

    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("騎起來很拉風");
    }

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

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

    @Override
    public void use() {
        unlock();
        ride();
        lock();
        pay();
    }
}
複製程式碼

以上是通過掃碼方式開鎖騎行，再來看密碼開鎖騎行，程式碼如下：

public class CodeBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println("密碼開鎖");
    }

    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("騎起來很拉風");
    }

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

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

    @Override
    public void use() {
        unlock();
        ride();
        lock();
        pay();
    }
}
複製程式碼

好了，兩種方式都定義好了，看客戶端的呼叫：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ScanBicycle scanBicycle = new ScanBicycle();
        scanBicycle.use();
        System.out.println("========================");
        CodeBicycle codeBicycle = new CodeBicycle();
        codeBicycle.use();
    }
}
複製程式碼

結果如下：

掃碼開鎖

騎起來很拉風

上鎖

結算

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

掃碼開鎖

騎起來很拉風

上鎖

結算

相信都已經看出程式碼的問題，use方法的實現是一樣的，也就是程式碼重複了，這是病必須得治，藥方就是模板方式模式。

模板方法模式

定義

  定義抽象類並且宣告一些抽象基本方法供子類實現不同邏輯，同時在抽象類中定義具體方法把抽象基本方法封裝起來，這就是模板方法模式。

UML

模板方法模式

模板方法模式涉及到的角色有兩個角色：

- 抽象模板角色：定義一組基本方法供子類實現，定義並實現組合了基本方法的模板方法。

- 具體模板角色：實現抽象模板角色定義的基本方法

模板方法模式還涉及到以下方法的概念：

基本方法

  • 抽象方法：由抽象模板角色宣告，abstract修飾，具體模板角色實現。

  • 鉤子方法：由抽象模板角色宣告並實現，具體模板角色可實現加以擴充套件。

  • 具體方法：由抽象模板角色宣告並實現，而子類並不實現。

模板方法

抽象模板角色宣告並實現，負責對基本方法的排程，一般以final修飾，不允許具體模板角色重寫。模板方法一般也是一個具體方法。

模式實戰

利用模板方式模式對上面的程式碼進行重構，來看抽象模板角色，程式碼如下：

public abstract class AbstractClass {

    protected boolean isNeedUnlock = true;  // 預設需要開鎖

    /**
     * 基本方法，子類需要實現
     */
    protected abstract void unlock();

    /**
     * 基本方法，子類需要實現
     */
    protected abstract void ride();

    /**
     * 鉤子方法，子類可實現
     *
     * @param isNeedUnlock
     */
    protected void isNeedUnlock(boolean isNeedUnlock) {
        this.isNeedUnlock = isNeedUnlock;
    }

    /**
     * 模板方法，負責排程基本方法，子類不可實現
     */
    public final void use() {
        if (isNeedUnlock) {
            unlock();
        } else {
            System.out.println("========鎖壞了，不用解鎖========");
        }
        ride();
    }

}
複製程式碼

抽象模板角色定義了unlock和ride兩個使用單車的基本方法，還有一個鉤子方法，用來控制模板方法邏輯順序，核心是use模板方法，用final修飾，該方法完成對基本方法排程。注意，模板方法中對基本方法的排程是有順序有規則的。還有一點，基本方法都是protected修飾的，因為基本方法都是在以public修飾的模板方法中呼叫，並且可以由子類實現，並不需要暴露給其他類呼叫。

現在來看兩個具體模板角色的實現：

// 掃碼開鎖的單車
public class ScanBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    protected void unlock() {
        System.out.println("========" + "掃碼開鎖" + "========");
    }

    @Override
    protected void ride() {
        System.out.println(getClass().getSimpleName() + "騎起來很拉風");
    }

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

// 密碼開鎖的單車
public class CodeBicycle extends AbstractClass {
    @Override
    protected void unlock() {
        System.out.println("========" + "密碼開鎖" + "========");
    }

    @Override
    protected void ride() {
        System.out.println(getClass().getSimpleName() + "騎起來很拉風");
    }

    protected void isNeedUnlock(boolean isNeedUnlock) {
        this.isNeedUnlock = isNeedUnlock;
    }
}
複製程式碼

可以看到，相比之前的實現，現在兩個具體類都不需要實現use方法，只負責實現基本方法的邏輯，職責上變得更加清晰了。來看使用者如何使用：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ScanBicycle scanBicycle = new ScanBicycle();
        scanBicycle.use();
        
        CodeBicycle codeBicycle = new CodeBicycle();
        codeBicycle.use();
    }
}
複製程式碼

執行結果如下：

========掃碼開鎖========

ScanBicycle騎起來很拉風

========密碼開鎖========

CodeBicycle騎起來很拉風

當我以百米衝刺的速度跑到共享單車面前時，發現這輛車的鎖是壞掉的，也就是不用開鎖，免費的，騎回家收藏也沒問題。在程式碼中只要呼叫鉤子方法isNeedUnlock就好，實現如下：

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();
    }
}
複製程式碼

執行結果如下：

========鎖壞了，不用解鎖========

ScanBicycle騎起來很拉風

========密碼開鎖========

CodeBicycle騎起來很拉風

上面提到模板方法對基本方法的排程是有順序的，也就是說模板方法中的邏輯是不可變的，子類只實現可以被實現的基本方法，但不會改變模板方法中的頂級邏輯。而鉤子方法的使用只是對模板方法中邏輯的控制，影響的是模板方法的結果，並不會改變原有邏輯。

模板方法模式的優缺點

優點

1）良好的封裝性。把公有的不變的方法封裝在父類，而子類負責實現具體邏輯。

2）良好的擴充套件性：增加功能由子類實現基本方法擴充套件，符合單一職責原則和開閉原則。

3）複用程式碼。

缺點

1）由於是通過繼承實現程式碼複用來改變演算法，靈活度會降低。

2）子類的執行影響父類的結果，增加程式碼閱讀難度。

總結

模板方法模式看上去簡單，但是整個模式涉及到的都是物件導向設計的核心，比如繼承封裝，基於繼承的程式碼複用，方法的實現等等。當中還有涉及到一些關鍵詞的使用，也是我們Java程式設計中需要掌握的基礎。總體來說，模板方法模式是很好的學習物件。下一篇是中介者模式，您的點贊和關注是我的動力，再會！

設計模式Java原始碼GitHub下載：https://github.com/jetLee92/DesignPattern

AndroidJet的開發之路

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