一、前言

常見的設(shè)計模式有23種，我們不得不提到模板方法設(shè)計模式，這是一種在軟件開發(fā)中廣泛使用的行為型設(shè)計模式之一。 它為我們提供了一種優(yōu)雅的方式來定義算法的結(jié)構(gòu)，并將算法的具體實(shí)現(xiàn)延遲到子類中！

在本篇博客中，我們將深入探討模板方法設(shè)計模式在Spring Boot中的應(yīng)用。我們將從概念入手，逐步展開，探究模板方法設(shè)計模式原理、優(yōu)缺點(diǎn)、開源框架應(yīng)用場景以及如何在企業(yè)級靈活應(yīng)用。

如果您正在尋找一種能夠提升代碼重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性的方法，這篇博客一定要收藏。

二、什么是模板方法

全稱是模板方法設(shè)計模式，英文是 Template Method Design Pattern。 在 GoF 的《設(shè)計模式》一書中，它是這么定義的：

Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses. Template Method lets subclasses redefine certain steps of an algorithm without changing the algorithm’s structure.

翻譯成中文就是：「模板方法模式在一個方法中定義一個算法骨架，并將某些步驟推遲到子類中實(shí)現(xiàn)。模板方法模式可以讓子類在不改變算法整體結(jié)構(gòu)的情況下，重新定義算法中的某些步驟?！?/p>

這里的“算法”，我們可以理解為廣義上的“業(yè)務(wù)邏輯”，并不特指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法中的“算法”。這里的算法骨架就是“模板”，包含算法骨架的方法就是“模板方法”，這也是模板方法模式名字的由來。

「白話講就是：創(chuàng)建一個抽象類并在里面定義一些方法，有的抽象類本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方法的復(fù)用，有的需要子類去實(shí)現(xiàn)提高擴(kuò)展性！」

三、模板方法的原理

模板方法的原理可以簡單概括如下：

• 「定義算法骨架」：在抽象基類中定義一個模板方法，該方法包含了算法的整體流程，通常由一系列步驟組成。這些步驟可以是抽象方法、具體方法或空方法（鉤子方法）。
• 「子類定制實(shí)現(xiàn)」：子類繼承基類，并實(shí)現(xiàn)其中的抽象方法，以提供算法的具體實(shí)現(xiàn)。子類可以根據(jù)需要定制算法的某些步驟，而不必修改整個算法的結(jié)構(gòu)。
• 「模板方法的調(diào)用」：在客戶端代碼中，通過調(diào)用抽象基類的模板方法來啟動算法。模板方法按照定義的流程調(diào)用了各個步驟，以及可能的具體方法或鉤子方法。

總之，通過這種方式，模板方法設(shè)計模式實(shí)現(xiàn)了方法的復(fù)用，可以更好去擴(kuò)展，同時將算法的整體結(jié)構(gòu)清晰地展現(xiàn)在一個方法中，使得代碼易于理解和維護(hù)。

四、優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

• 「代碼復(fù)用」： 模板方法模式鼓勵代碼重用，將通用的算法框架放在抽象類中，可以在多個子類中共享這些通用部分的代碼，減少了重復(fù)編寫代碼的工作。
• 「擴(kuò)展性」： 子類可以通過實(shí)現(xiàn)抽象方法或覆蓋鉤子方法來擴(kuò)展或定制算法的具體步驟，隨時可以擴(kuò)展，不影響之前代碼。
• 「結(jié)構(gòu)清晰」： 模板方法模式能夠?qū)⑺惴ǖ恼w結(jié)構(gòu)清晰地體現(xiàn)出來，使得代碼更易于理解和維護(hù)。
• 「符合開閉原則」： 模板方法模式支持開閉原則，因?yàn)樗惴蚣茉诔橄箢愔卸x，具體步驟可以在子類中擴(kuò)展，而不需要修改抽象類的代碼。

2、缺點(diǎn)

• 「限制靈活性」： 由于模板方法模式固定了算法的整體框架，有時可能會限制一些特定情況下的靈活性。如果需要更細(xì)粒度的控制，可能需要通過擴(kuò)展抽象類來解決。
• 「增加復(fù)雜性」： 盡管模板方法模式可以使代碼結(jié)構(gòu)更清晰，但也引入了抽象類和具體子類之間的層次關(guān)系，可能會增加代碼的復(fù)雜性。
• 「難以理解」： 對新手不友好，可能需要一些時間來理解算法框架和各個具體步驟之間的關(guān)系。

五、開源框架應(yīng)用場景

• Java中的java.io.InputStream/OutputStream： Java的輸入輸出流類中使用了模板方法模式。這些類提供了一系列的抽象方法，子類必須實(shí)現(xiàn)這些方法來完成底層的讀寫操作。然而，這些類也提供了一些具體的方法，如read和write，這些方法實(shí)際上調(diào)用了一系列的抽象方法，構(gòu)成了一個完整的讀寫算法框架。
• Servlet中的HttpServlet： Java Servlet規(guī)范中的HttpServlet類也使用了模板方法模式。HttpServlet類提供了service方法來處理HTTP請求，而具體的處理邏輯則通過覆蓋doGet、doPost等方法來實(shí)現(xiàn)。
• JUnit測試框架中的TestCase： JUnit測試框架中的TestCase類使用了模板方法模式來定義測試用例的執(zhí)行流程。用戶可以通過覆蓋setUp和tearDown等方法來定制測試環(huán)境的設(shè)置和清理。
• Java Swing中的JApplet： Java Swing中的JApplet類也是一個使用模板方法模式的例子。它定義了init、start、stop等方法來控制Applet的生命周期。

有很多博客都會說Spring框架中的JdbcTemplate也是模版方法模式的實(shí)踐，看了王爭老師的課才知道，它并非基于模板模式來實(shí)現(xiàn)的，而是基于回調(diào)來實(shí)現(xiàn)的，確切地說應(yīng)該是同步回調(diào)。

可以看一下JdbcTemplate源碼：

@Override
public void execute(final String sql) throws DataAccessException {
 if (logger.isDebugEnabled()) {
  logger.debug("Executing SQL statement [" + sql + "]");
 }

 /**
  * Callback to execute the statement.
  */
 class ExecuteStatementCallback implements StatementCallback<Object>, SqlProvider {
  @Override
  @Nullable
  public Object doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {
   stmt.execute(sql);
   return null;
  }
  @Override
  public String getSql() {
   return sql;
  }
 }

 execute(new ExecuteStatementCallback(), true);
}

六、項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)

看了開源框架使用這么多，自己也模擬一個簡單的案例，來體會一下模版方法的魅力！

我們來寫模擬人的一生，經(jīng)歷五個階段：出生、上學(xué)、工作、退休、死亡

其中出生和死亡都是不變的流程，我們進(jìn)行復(fù)用！ 上學(xué)、工作、退休每個人的人生都是不同的，等著他們自己去實(shí)現(xiàn)，這樣來一個新的人都可以創(chuàng)建一個子類去實(shí)現(xiàn)，完成了擴(kuò)展性！

下面我們開始吧！

1、創(chuàng)建父類構(gòu)造類

/**
 * 人的一生模版
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 15:07
 */
public abstract class PersonTemplate {

    /**
     * 人的一生經(jīng)歷的階段
     * @param name
     */
    public final void lifeCycle(String name) {
        birth(name);
        education(name);
        work(name);
        retirement(name);
        death(name);
    }

    /**
     * 教育
     * @param name
     */
    protected abstract void education(String name);

    /**
     * 工作
     * @param name
     */
    protected abstract void work(String name);

    /**
     * 退休
     * @param name
     */
    protected abstract void retirement(String name);

    /**
     * 出生
     * @param name
     */
    protected void birth(String name) {
        System.out.println(name + "哇哇落地了！");
    }

    /**
     * 死亡
     * @param name
     */
    protected void death(String name) {
        System.out.println(name + "退出歷史的舞臺了！");
    }

}

「這里父類的方法，如果不想子類去實(shí)現(xiàn)，就可以加上final修飾，這個看自己需要，或者不需要每一個都讓子類去實(shí)現(xiàn)，可以定義空的方法，有需要的子庫去實(shí)現(xiàn)！」

如果是我們的業(yè)務(wù)復(fù)雜這里就自己去拓展方法的參數(shù)，來進(jìn)行后續(xù)的操作！

2、創(chuàng)建子類

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 16:30
 */
@Component
public class LiHuaPerson extends PersonTemplate{

    @Override
    protected void education(String name) {
        System.out.println(name + "博士畢業(yè)了！");
    }

    @Override
    protected void work(String name) {
        System.out.println(name + "當(dāng)上了上市公司CEO！");
    }

    @Override
    protected void retirement(String name) {
    System.out.println(name + "留在公司當(dāng)顧問，不需要上班，工資照發(fā)！");
    }
}

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 16:30
 */
@Component
public class TomPerson extends PersonTemplate{

    @Override
    protected void education(String name) {
        System.out.println(name + "大學(xué)畢業(yè)了！");
    }

    @Override
    protected void work(String name) {
        System.out.println(name + "當(dāng)上了公務(wù)員！");
    }

    @Override
    protected void retirement(String name) {
        System.out.println(name + "正常退休，過上遛狗養(yǎng)花的快樂生活！");
    }
}

這里就粘貼兩個子類，樣子都是一樣的！

3、創(chuàng)建測試類

@SpringBootTest
class DemoNewApplicationTests {
    
    @Autowired
    private TomPerson tomPerson;
    @Autowired
    private LiHuaPerson liHuaPerson;

    @Autowired
    private PeterPerson peterPerson;

    @Test
    void contextLoads() {
        tomPerson.lifeCycle("Tom");
        liHuaPerson.lifeCycle("LiHua");
        peterPerson.lifeCycle("Peter");
    }
}

這里就是直接注入了三個子類實(shí)現(xiàn)，然后調(diào)用，正常業(yè)務(wù)一般是按需來調(diào)用流程，這時可以使用策略模式去改造一下調(diào)用端，這個就是按需來進(jìn)行拓展！

然后結(jié)合一下這樣模版方法+策略模式基本上比較完整了！

4、結(jié)果

父類的實(shí)現(xiàn)方法也執(zhí)行了，子類的實(shí)現(xiàn)方法也執(zhí)行了！

七、總結(jié)

在Spring Boot項(xiàng)目中，整合模板方法設(shè)計模式能夠幫助提高代碼的重用性和可維護(hù)性，同時在保持一致性的基礎(chǔ)上，為不同場景提供了靈活性。通過深入理解模板方法模式的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場景，我們可以更好地設(shè)計和實(shí)現(xiàn)具有高內(nèi)聚、低耦合的代碼。在實(shí)際開發(fā)中，合理地運(yùn)用模板方法模式可以有效地提升代碼質(zhì)量和開發(fā)效率。