设计模式笔记：Template Method模式

AI速览：模板方法模式通过抽象父类（如AbstractDisplay）定义固定算法骨架（如display()方法），将可变步骤（如open()、print()）延迟到子类实现，实现代码复用与灵活扩展。典型应用包括JUnit测试生命周期、Servlet请求处理等场景，核心是“流程框架由父类定，具体步骤子类改”，优点在于避免重复代码，但可能导致父类臃肿且继承强耦合。本质是“标准化流水线，细节自由装配”。

设计模式笔记：Template Method模式（模板方法模式）

什么是模板方法模式？

想象你要做一杯奶茶，步骤是固定的：煮茶→加奶→加糖→搅拌。无论做珍珠奶茶还是芋泥奶茶，步骤框架不变，只是某些细节不同（比如加珍珠或芋泥）。模板方法模式就是这个“奶茶配方”——它定义算法的骨架，将某些步骤的实现延迟到子类，使得子类可以不改变算法结构，却能调整具体步骤。

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为什么需要它？

• 代码复用：避免重复写相同流程的代码（比如文件读取的“打开→读取→关闭”）。
• 控制扩展点：父类控制整体流程，子类只实现差异化步骤。
• 减少冗余：多个子类共享同一套算法逻辑。

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Java代码示例

假设我们需要实现一个“字符显示”和“字符串显示”的功能，两者显示流程相同（打开→打印→关闭），但具体实现不同：

1. 抽象父类：AbstractDisplay（定义算法骨架）

public abstract class AbstractDisplay {
    // 模板方法：定义固定的流程（不可被子类重写）
    public final void display() {
        open();
        for (int i = 0; i < 5; i++) { // 打印5次
            print();
        }
        close();
    }

    // 抽象方法：由子类实现具体步骤
    protected abstract void open();
    protected abstract void print();
    protected abstract void close();
}

2. 具体子类1：CharDisplay（显示单个字符）

public class CharDisplay extends AbstractDisplay {
    private char ch;

    public CharDisplay(char ch) {
        this.ch = ch;
    }

    @Override
    protected void open() {
        System.out.print("<<"); // 开头符号
    }

    @Override
    protected void print() {
        System.out.print(ch); // 重复打印字符
    }

    @Override
    protected void close() {
        System.out.println(">>"); // 结尾符号
    }
}

3. 具体子类2：StringDisplay（显示字符串）

public class StringDisplay extends AbstractDisplay {
    private String str;
    private int width;

    public StringDisplay(String str) {
        this.str = str;
        this.width = str.getBytes().length; // 计算字符串宽度
    }

    @Override
    protected void open() {
        printLine(); // 打印上边框
    }

    @Override
    protected void print() {
        System.out.println("|" + str + "|"); // 带边框的字符串
    }

    @Override
    protected void close() {
        printLine(); // 打印下边框
    }

    private void printLine() {
        System.out.print("+");
        for (int i = 0; i < width; i++) {
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println("+");
    }
}

4. 客户端：Main（调用模板方法）

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 显示字符'A'
        AbstractDisplay d1 = new CharDisplay('A');
        d1.display();

        // 显示字符串"Hello"
        AbstractDisplay d2 = new StringDisplay("Hello");
        d2.display();
    }
}

输出结果：

<<AAAAA>>
+-----+
|Hello|
|Hello|
|Hello|
|Hello|
|Hello|
+-----+

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模板方法模式的核心

• 模板方法（display()）：定义算法流程（用final禁止子类重写）。
• 抽象方法（open(), print(), close()）：子类必须实现的扩展点。
• 钩子方法（可选）：父类提供默认实现，子类可选择是否覆盖。

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实际应用

• JUnit测试框架：setUp()和tearDown()是模板方法中的钩子。
• Servlet生命周期：service()方法调用doGet()或doPost()。
• Android的Activity：onCreate(), onStart()等构成生命周期模板。

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优缺点

✅ 优点

• 避免重复代码：公共逻辑抽取到父类。
• 提高扩展性：新增功能只需增加子类。

❌ 缺点

• 父类膨胀：若算法步骤过多，父类会变得复杂。
• 继承强耦合：子类必须继承父类，无法通过组合灵活替换。

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与策略模式的区别

• 模板方法：用继承（父类控制流程，子类实现细节）。
• 策略模式：用组合（将整个算法委托给策略对象）。

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一句话总结

模板方法模式是“标准化流水线”——你负责定制零件，我来组装！