《JAVA与模式》之模板方法模式

源：http://www.cnblogs.com/java-my-life/archive/2012/05/14/2495235.html

评：

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。

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模板方法模式的结构

　　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。

　　源代码

　　抽象模板角色类，abstractMethod()、hookMethod()等基本方法是顶级逻辑的组成步骤，这个顶级逻辑由templateMethod()方法代表。

public abstract class AbstractTemplate {
    /**
     * 模板方法
     */
    public void templateMethod(){
        //调用基本方法
        abstractMethod();
        hookMethod();
        concreteMethod();
    }
    /**
     * 基本方法的声明（由子类实现）
     */
    protected abstract void abstractMethod();
    /**
     * 基本方法(空方法)
     */
    protected void hookMethod(){}
    /**
     * 基本方法（已经实现）
     */
    private final void concreteMethod(){
        //业务相关的代码
    }
}

　　具体模板角色类，实现了父类所声明的基本方法，abstractMethod()方法所代表的就是强制子类实现的剩余逻辑，而hookMethod()方法是可选择实现的逻辑，不是必须实现的。

public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate{
    //基本方法的实现
    @Override
    public void abstractMethod() {
        //业务相关的代码
    }
    //重写父类的方法
    @Override
    public void hookMethod() {
        //业务相关的代码
    }
}

　　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。

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。

　　在上面的例子中，AbstractTemplate是一个抽象类，它带有三个方法。其中abstractMethod()是一个抽象方法，它由 抽象类声明为抽象方法，并由子类实现；hookMethod()是一个钩子方法，它由抽象类声明并提供默认实现，并且由子类置换掉。 concreteMethod()是一个具体方法，它由抽象类声明并实现。

　　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。

 

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使用场景

　　考虑一个计算存 款利息的例子。假设系统需要支持两种存款账号，即货币市场(Money Market)账号和定期存款(Certificate of Deposite)账号。这两种账号的存款利息是不同的，因此，在计算一个存户的存款利息额时，必须区分两种不同的账号类型。

　　这个系统的总行为应当是计算出利息，这也就决定了作为一个模板方法模式的顶级逻辑应当是利息计算。由于利息计算涉及到两个步骤：一个基本方法给出账号种类，另一个基本方法给出利息百分比。这两个基本方法构成具体逻辑，因为账号的类型不同，所以具体逻辑会有所不同。

　　显然，系统需要一个抽象角色给出顶级行为的实现，而将两个作为细节步骤的基本方法留给具体子类实现。由于需要考虑的账号有两种：一是货币市场账号，二是定期存款账号。系统的类结构如下图所示。

　　源代码

　　抽象模板角色类

public abstract class Account {
    /**
     * 模板方法，计算利息数额
     * @return    返回利息数额
     */
    public final double calculateInterest(){
        double interestRate = doCalculateInterestRate();
        String accountType = doCalculateAccountType();
        double amount = calculateAmount(accountType);
        return amount * interestRate;
    }
    /**
     * 基本方法留给子类实现
     */
    protected abstract String doCalculateAccountType();
    /**
     * 基本方法留给子类实现
     */
    protected abstract double doCalculateInterestRate();
    /**
     * 基本方法，已经实现
     */
    private double calculateAmount(String accountType){
        /**
         * 省略相关的业务逻辑
         */
        return 7243.00;
    }
}

　　具体模板角色类

public class MoneyMarketAccount extends Account {

    @Override
    protected String doCalculateAccountType() {
        
        return "Money Market";
    }

    @Override
    protected double doCalculateInterestRate() {
        
        return 0.045;
    }

}

public class CDAccount extends Account {

    @Override
    protected String doCalculateAccountType() {
        return "Certificate of Deposite";
    }

    @Override
    protected double doCalculateInterestRate() {
        return 0.06;
    }

}

客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new MoneyMarketAccount();
        System.out.println("货币市场账号的利息数额为：" + account.calculateInterest());
        account = new CDAccount();
        System.out.println("定期账号的利息数额为：" + account.calculateInterest());
    }

}

 

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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()。