在軟件開(kāi)發(fā)中，我們經(jīng)常面臨著相似的問(wèn)題，需要使用相同的解決方法。當(dāng)我們希望將這種通用的解決方法抽象出來(lái)，并在不同的情境中重復(fù)使用時(shí)，就可以使用設(shè)計(jì)模式中的模板模式（Template Pattern）。模板模式是一種行為型模式，它定義了一個(gè)抽象類或接口，其中包含了一個(gè)算法框架，而具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)則由子類來(lái)完成。

模板模式的結(jié)構(gòu)

模板模式由以下幾個(gè)組成部分：

• 抽象類（Abstract Class）：抽象類定義了一個(gè)模板方法，該方法包含了一個(gè)算法的框架，而具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)則由子類來(lái)完成。抽象類可能還包含其他的公共方法和鉤子方法，用于被子類調(diào)用或覆蓋。
• 具體類（Concrete Class）：具體類是抽象類的子類，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)抽象類中的抽象方法。每個(gè)具體類都可以根據(jù)自身的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)這些方法，從而完成算法的具體步驟。

模板模式的工作原理

模板模式基于"封裝變化"的原則，通過(guò)將不變的算法框架放在抽象類中，將可變的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)留給具體類來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣一來(lái)，我們可以在不改變整體結(jié)構(gòu)的情況下，更容易地?cái)U(kuò)展和修改算法的部分細(xì)節(jié)。

當(dāng)使用模板模式時(shí)，通常會(huì)按照以下步驟進(jìn)行：

1. 定義一個(gè)抽象類，并在其中定義一個(gè)模板方法，該方法包含了算法框架的基本流程。
2. 在抽象類中定義一個(gè)或多個(gè)抽象方法，用于被子類實(shí)現(xiàn)。這些抽象方法代表了算法中可變的部分。
3. 創(chuàng)建具體類，繼承自抽象類，并實(shí)現(xiàn)其中的抽象方法。每個(gè)具體類可以根據(jù)自身的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)這些方法，從而完成算法的具體步驟。
4. 在客戶端代碼中，通過(guò)調(diào)用抽象類的模板方法來(lái)觸發(fā)算法的執(zhí)行。

模板模式的應(yīng)用場(chǎng)景

模板模式在許多不同的應(yīng)用場(chǎng)景中都有廣泛的應(yīng)用。下面列舉一些常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景：

1. 算法骨架：當(dāng)多個(gè)類擁有相同的算法框架，只有部分步驟有所不同時(shí)，可以使用模板模式將這些不同的部分抽象出來(lái)。例如，在游戲開(kāi)發(fā)中，不同種類的敵人可能有不同的行為模式，但它們都共享相同的攻擊和移動(dòng)邏輯。通過(guò)使用模板模式，可以將共享的邏輯放在基類中，而將特定的行為留給子類實(shí)現(xiàn)。
2. 生命周期鉤子：當(dāng)希望控制算法執(zhí)行順序，并在某些步驟上留下擴(kuò)展點(diǎn)時(shí)，可以使用模板模式。例如，在軟件開(kāi)發(fā)中，我們可能需要定義一個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建或銷毀過(guò)程，并允許子類在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候插入自己的邏輯。模板模式可以提供這種靈活性，同時(shí)保持整體算法的一致性。
3. 框架設(shè)計(jì)：模板模式在框架設(shè)計(jì)中也非常有用。框架通常定義了一系列的抽象方法或接口，供開(kāi)發(fā)者根據(jù)自己的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)。框架本身會(huì)提供一個(gè)算法框架，其中包含了一些公共的處理邏輯。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)繼承框架中的抽象類或接口，并實(shí)現(xiàn)其中的方法來(lái)定制自己的功能。
4. 流程控制：模板模式也可用于流程控制方面。例如，在工作流系統(tǒng)中，每個(gè)步驟都有固定的執(zhí)行順序，并且可能涉及到一些共享的處理邏輯。通過(guò)使用模板模式，可以定義一個(gè)基本的流程，然后針對(duì)不同的步驟實(shí)現(xiàn)具體的行為。
5. 數(shù)據(jù)庫(kù)操作：在數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作中，常常需要進(jìn)行連接、查詢和關(guān)閉等步驟。這些步驟可以被抽象出來(lái)作為模板方法，而具體的查詢和處理細(xì)節(jié)則由子類來(lái)實(shí)現(xiàn)。

以訂單處理的流程控制為例

// 抽象類
abstract class OrderProcessor {
    public void processOrder() {
        if (validateOrder()) {
            prepareOrder();
            if (shouldNotifyCustomer()) {
                notifyCustomer();
            }
            shipOrder();
        } else {
            handleInvalidOrder();
        }
    }

    protected abstract boolean validateOrder();
    protected abstract void prepareOrder();
    protected abstract void notifyCustomer();
    protected abstract void shipOrder();
    
    // 鉤子方法
    protected boolean shouldNotifyCustomer() {
        return true;
    }
    
    protected void handleInvalidOrder() {
        System.out.println("Invalid order, unable to process.");
    }
}

// 具體類實(shí)現(xiàn)訂單處理流程
class OnlineOrderProcessor extends OrderProcessor {
    private String orderNumber;

    public OnlineOrderProcessor(String orderNumber) {
        this.orderNumber = orderNumber;
    }

    @Override
    protected boolean validateOrder() {
        System.out.println("Validating online order: " + orderNumber);
        // 實(shí)際的驗(yàn)證邏輯
        return true;
    }

    @Override
    protected void prepareOrder() {
        System.out.println("Preparing online order: " + orderNumber);
        // 實(shí)際的準(zhǔn)備邏輯
    }

    @Override
    protected void notifyCustomer() {
        System.out.println("Notifying customer about online order: " + orderNumber);
        // 實(shí)際的通知邏輯
    }

    @Override
    protected void shipOrder() {
        System.out.println("Shipping online order: " + orderNumber);
        // 實(shí)際的發(fā)貨邏輯
    }
}

// 客戶端代碼
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OrderProcessor orderProcessor = new OnlineOrderProcessor("12345");
        orderProcessor.processOrder();
    }
}

在上述示例代碼中，抽象類 OrderProcessor 定義了一個(gè)處理訂單的模板方法 processOrder()，并包含了一系列的具體步驟。具體類 OnlineOrderProcessor 繼承自抽象類，并實(shí)現(xiàn)了其中的抽象方法，根據(jù)具體需求實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證、準(zhǔn)備、通知和發(fā)貨的邏輯。客戶端代碼創(chuàng)建了一個(gè)具體的訂單處理器并調(diào)用 processOrder() 方法來(lái)觸發(fā)訂單處理流程。

不同的實(shí)現(xiàn)類具有相同的模板方法，但是具體實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制，既保證了模板方法的重用，又具備了靈活性。

運(yùn)行以上代碼將輸出以下內(nèi)容：

Validating online order: 12345
Preparing online order: 12345
Notifying customer about online order: 12345
Shipping online order: 12345

總結(jié)

模板模式是一種通過(guò)封裝算法框架和提供可變的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼重用的設(shè)計(jì)模式。它能夠簡(jiǎn)化代碼的編寫和維護(hù)，并且使得系統(tǒng)更易于擴(kuò)展和修改。通過(guò)合理地使用模板模式，我們可以將通用的解決方法抽象出來(lái)，提高開(kāi)發(fā)效率，減少重復(fù)代碼的出現(xiàn)。