“请客吃饭”也能做软件开发？“模板方法模式”揭秘！

利用“请客吃饭”巧妙理解软件开发中的“模板方法模式”

1. 场景介绍：当固定流程与可变细节相遇

想象一下你准备请客吃饭，点餐、就餐、结账等步骤都是既定的流程，而具体点的菜、吃的食物、结账方式却会根据不同的场合和喜好而有所不同。在软件开发中，我们也经常会遇到类似的场景：某个方法的执行需要多个步骤，其中有些步骤是固定的，而有些步骤可以根据具体情况而变化。

2. 模板方法模式：抽取固定骨架，应对变化细节

为了应对上述场景，软件设计界提出了“模板方法模式”。模板方法模式是一种行为型设计模式，它的核心思想是将算法的固定骨架和可变细节分开，让算法的整体结构保持不变，同时允许针对不同的情况重新定义算法的某些部分。

3. 结构分析：抽象类与具体类，共同打造算法框架

模板方法模式通常由两个关键角色组成：

• 抽象类： 定义算法的骨架，包含所有固定步骤。
• 具体类： 实现抽象类中留给子类实现的可变步骤。

4. “请客吃饭”实例：固定的流程，灵活的细节

让我们用“请客吃饭”的例子来进一步理解模板方法模式：

public abstract class Dinner {
    public void eatDinner() {
        order();
        eat();
        pay();
    }

    protected abstract void order();

    protected abstract void eat();

    protected abstract void pay();
}

public class ChineseDinner extends Dinner {
    @Override
    protected void order() {
        System.out.println("点中国菜");
    }

    @Override
    protected void eat() {
        System.out.println("吃中国菜");
    }

    @Override
    protected void pay() {
        System.out.println("用支付宝支付");
    }
}

public class WesternDinner extends Dinner {
    @Override
    protected void order() {
        System.out.println("点西餐");
    }

    @Override
    protected void eat() {
        System.out.println("吃西餐");
    }

    @Override
    protected void pay() {
        System.out.println("用信用卡支付");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dinner chineseDinner = new ChineseDinner();
        chineseDinner.eatDinner();

        Dinner westernDinner = new WesternDinner();
        westernDinner.eatDinner();
    }
}

在这个例子中，Dinner类是抽象类，它定义了“请客吃饭”方法的固定骨架，即点餐、就餐和结账三个步骤。ChineseDinner和WesternDinner类是具体类，它们分别实现了抽象类中针对具体菜系和支付方式的可变步骤。

5. 模板方法模式的优点：重用、扩展、灵活

模板方法模式的优点显而易见：

• 代码重用性： 通过将重复的固定步骤提取到抽象类中，提高代码的可重用性。
• 代码扩展性： 允许在不修改框架或平台本身的情况下添加新功能或行为，提高代码的可扩展性。
• 代码灵活性： 允许根据不同的情况改变算法的某些部分，提高代码的灵活性。

6. 模板方法模式的缺点：冗余、复杂

模板方法模式也存在一些缺点：

• 代码冗余： 抽象类和具体类中可能有一些重复的代码，导致代码冗余。
• 代码复杂度： 需要定义抽象类和多个具体类，可能增加代码的复杂度。

7. 应用场景：框架、多态、复杂算法分解

模板方法模式在软件开发中有着广泛的应用场景，包括：

• 创建可扩展的框架或平台
• 实现多态行为
• 将复杂算法分解为更小的、更易管理的部分

8. 常见问题解答

（1）模板方法模式和策略模式的区别是什么？

• 模板方法模式关注算法的整体结构，而策略模式关注算法中的特定行为。
• 模板方法模式使用继承，而策略模式使用组合。

（2）模板方法模式什么时候不适合使用？

• 当算法的固定步骤很少或可变步骤很少时，不适合使用模板方法模式。
• 当可变步骤的实现非常简单时，也不适合使用模板方法模式。

（3）如何优化模板方法模式？

• 尽可能减少抽象类和具体类中的重复代码。
• 使用接口而不是具体类来定义可变步骤。

（4）模板方法模式有哪些变体？

• 钩子方法：在抽象类中定义一些可选的钩子方法，允许具体类根据需要进行自定义。
• 反向模板方法：将抽象方法移动到具体类中，将固定的步骤移动到抽象类中。

（5）模板方法模式在敏捷开发中的作用是什么？

• 模板方法模式支持“开闭原则”，允许在不修改现有代码的情况下扩展行为。
• 它还支持“依赖倒置原则”，通过使用接口而不是具体类来定义可变步骤，降低了耦合度。

结论

模板方法模式是一种强大的设计模式，它允许我们在保持算法整体结构不变的情况下，针对不同的情况重新定义算法的某些部分。它的重用性、扩展性和灵活性使其在软件开发中得到了广泛的应用。