65Java设计模式26模板方法模式

第26章模板方法模式主讲教师：程细柱韶关学院计算机系本书主编：刘伟清华大学出版社本章教学内容Š模板方法模式9模式动机与定义9模式结构与分析9模式实例与解析9模式效果与应用9模式扩展操作流程包含步骤！操作流程包含步骤！模板方法模式Š模式动机模板方法模式Š模式动机9模板方法模式是基于继承的代码复用基本技术，模板方法模式的结构和用法也是面向对象设计的核心之一。在模板方法模式中，可以将相同的代码放在父类中，而将不同的方法实现放在不同的子类中。9在模板方法模式中，我们需要准备一个抽象类，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让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。模板方法模式体现了面向对象的诸多重要思想，是一种使用频率较高的模式。模板方法模式Š模式定义9模板方法模式(TemplateMethodPattern)：定义一个操作中算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。模板方法是一种类行为型模式。模板方法模式Š模式定义9TemplateMethodPattern:Definetheskeletonofanalgorithminanoperation,deferringsomestepstosubclasses.TemplateMethodletssubclassesredefinecertainstepsofanalgorithmwithoutchangingthealgorithm'sstructure.9Frequencyofuse:medium模板方法模式Š模式结构......primitiveOperation1();......primitiveOperation2();......primitiveOperation3();AbstractClass{abstract}++++templateMethod()primitiveOperation1()primitiveOperation2()primitiveOperation3()ConcreteClass++primitiveOperation1()primitiveOperation2()模板方法模式Š模式结构9模板方法模式包含如下角色：•AbstractClass:抽象类•ConcreteClass:具体子类模板方法模式Š模式分析9模板方法模式是一种类的行为型模式，在它的结构图中只有类之间的继承关系，没有对象关联关系。9在模板方法模式的使用过程中，要求开发抽象类和开发具体子类的设计师之间进行协作。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。实现这些具体逻辑步骤的方法称为基本方法(PrimitiveMethod)，而将这些基本法方法汇总起来的方法称为模板方法(TemplateMethod)，模板方法模式的名字从此而来。模板方法模式Š模式分析9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。9基本方法：基本方法是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。•抽象方法(AbstractMethod)•具体方法(ConcreteMethod)•钩子方法(HookMethod)：“挂钩”方法和空方法模板方法模式Š模式分析•钩子方法(HookMethod)……publicvoidtemplate(){open();display();if(isPrint()){print();}}publicbooleanisPrint()//判断函数—钩子方法{returntrue;}……模板方法模式Š模式分析9典型的抽象类代码如下所示：publicabstractclassAbstractClass{publicvoidtemplateMethod(){//模板方法primitiveOperation1();primitiveOperation2();primitiveOperation3();}publicvoidprimitiveOperation1()//基本方法—具体方法{//实现代码}publicabstractvoidprimitiveOperation2();//基本方法—抽象方法publicvoidprimitiveOperation3()//基本方法—钩子方法{}}模板方法模式Š模式分析9典型的具体子类代码如下所示：publicclassConcreteClassextendsAbstractClass{publicvoidprimitiveOperation2(){//实现代码}publicvoidprimitiveOperation3(){//实现代码}}模板方法模式Š模式分析9在模板方法模式中，由于面向对象的多态性，子类对象在运行时将覆盖父类对象，子类中定义的方法也将覆盖父类中定义的方法，因此程序在运行时，具体子类的基本方法将覆盖父类中定义的基本方法，子类的钩子方法也将覆盖父类的钩子方法，从而可以通过在子类中实现的钩子方法对父类方法的执行进行约束，实现子类对父类行为的反向控制。模板方法模式Š模板方法模式实例与解析9实例一：银行业务办理流程•在银行办理业务时，一般都包含几个基本步骤，首先需要取号排队，然后办理具体业务，最后需要对银行工作人员进行评分。无论具体业务是取款、存款还是转账，其基本流程都一样。现使用模板方法模式模拟银行业务办理流程。模板方法模式Š模板方法模式实例与解析9实例一：银行业务办理流程takeNumber();transact();evaluate();BankTemplateMethod{abstract}++++takeNumber()transact()evaluate()process():void:void:void:voidDeposit+transact():voidWithdraw+transact():voidTransfer+transact():void//取号排队//办理业务//进行评分处理流程存款类取款类转账类模板方法模式Š模板方法模式实例与解析9实例一：银行业务办理流程•参考代码：Chapter26TemplateMethod\sample01•下载地址：演示……模板方法模式Š模板方法模式实例与解析9实例二：数据库操作模板•对数据库的操作一般包括连接、打开、使用、关闭等步骤，在数据库操作模板类中我们定义了connDB()、openDB()、useDB()、closeDB()四个方法分别对应这四个步骤。对于不同类型的数据库（如SQLServer和Oracle），其操作步骤都一致，只是连接数据库connDB()方法有所区别，现使用模板方法模式对其进行设计。模板方法模式Š模板方法模式实例与解析9实例二：数据库操作模板connDB();openDB();useDB();closeDB();DBOperator{abstract}+++++connDB()openDB()useDB()closeDB()process():void:void:void:void:voidSQLServerDBOperator+connDB():voidOracleDBOperator+connDB():void模板方法模式Š模式优缺点9模板方法模式的优点•模板方法模式在一个类中形式化地定义算法，而由它的子类实现细节的处理。•模板方法模式是一种代码复用的基本技术。•模板方法模式导致一种反向的控制结构，通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的扩展增加新的行为，符合“开闭原则”。模板方法模式Š模式优缺点9模板方法模式的缺点•每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，但是更加符合“单一职责原则”，使得类的内聚性得以提高。模板方法模式Š模式适用环境9在以下情况下可以使用模板方法模式：•一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。•各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。•对一些复杂的算法进行分割，将其算法中固定不变的部分设计为模板方法和父类具体方法，而一些可以改变的细节由其子类来实现。•控制子类的扩展。模板方法模式Š模式应用9(1)模板方法模式广泛应用于框架设计（如Spring，Struts等）中，以确保父类控制处理流程的逻辑顺序（如框架的初始化）。模板方法模式Š模式应用9(2)Java单元测试工具JUnit中的TestCase类的设计：……publicvoidrunBare()throwsThrowable{　setUp();//初始化测试环境　try{　　runTest();//运行测试方法　}　finally{　　tearDown();//释放相关资源　}}//它们的具体实现延迟到子类中……模板方法模式Š模式扩展9关于继承的讨论•模板方法模式鼓励我们恰当使用继承，此模式可以用来改写一些拥有相同功能的相关类，将可复用的一般性的行为代码移到父类里面，而将特殊化的行为代码移到子类里面。这也进一步说明，虽然继承复用存在一些问题，但是在某些情况下还是可以给开发人员带来方便，模板方法模式就是体现继承优势的模式之一。模板方法模式Š模式扩展9好莱坞原则•在模板方法模式中，子类不显式调用父类的方法，而是通过覆盖父类的方法来实现某些具体的业务逻辑，父类控制对子类的调用，这种机制被称为好莱坞原则(HollywoodPrinciple)，好莱坞原则的定义为：“不要给我们打电话，我们会给你打电话(Don‘tcallus,we’llcallyou)”。•在模板方法模式中，好莱坞原则体现在：子类不需要调用父类，而通过父类来调用子类，将某些步骤的实现写在子类中，由父类来控制整个过程。模板方法模式Š模式扩展9钩子方法的使用•钩子方法的引入使得子类可以控制父类的行为。•最简单的钩子方法就是空方法，也可以在钩子方法中定义一个默认的实现，如果子类不覆盖钩子方法，则执行父类的默认实现代码。•比较复杂一点的钩子方法可以对其他方法进行约束，这种钩子方法通常返回一个boolean类型，即返回true或false，用来判断是否执行某一个基本方法。模板方法模式Š模式扩展9钩子方法的使用例子：不同数据源的显示主要分为三步：从数据源获取数据、对数据进行转换、以某种图表显示数据；但是有些数据无须转换，可直接显示。•参考代码：Chapter26TemplateMethod\HookMethodDemo•下载地址：演示……本章小结Š在模板方法模式中，定义一个操作中算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。模板方法是一种类行为型模式。Š模板方法模式包含两个角色：在抽象类中定义一系列基本操作，它们可以是具体的，也可以是抽象的，同时，在抽象类中实现了一个算法的骨架；具体子类用于实现父类的抽象基本操作以完成子类特定算法的步骤，也可以覆盖在父类中实现的具体基本操作。本章小结Š在模板方法模式中，方法可以分为模板方法和基本方法，其中基本方法又可以分为抽象方法、具体方法和钩子方法，钩子方法根据其特点又分为空方法和与实现算法步骤的基本方法“挂钩”的方法。Š模板方法模式的优点在于：在子类定义详细的处理算法时不会改变算法的结构，实现了代码的复用，通过对子类的扩展可以增加新的行为，符合“开闭原则”；其缺点在于：需要为每个不同的实现都定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象。本章小结Š模板方法模式适用情况包括：一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现；各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重