设计模式 | 行为型 | 模板方法模式

被水淹没

发布于 2023-02-25 19:12:58

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发布于 2023-02-25 19:12:58

文章被收录于专栏：迈向架构师

模板方法模式（Template Method）

模板方法模式（Template Method）

介绍

模板方法模式是一种行为设计模式，它在一个超类中定义一个算法骨架，并将某些步骤推迟到子类中实现。

模板方法可以让子类在不改变算法整体结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

适用场景

希望客户端扩展某个特定算法步骤。
多个类的算法相似时，可将实现步骤提取到超类中。
...

优缺点

优点：

允许重写一个大型算法中的特定部分。
重复代码被提取到一个超类中。

缺点：

受骨架框架限制。
违反里氏替换原则。
步骤越多维护越难。

与其他模式的关系

工厂方法模式是模板方法模式的一种特殊形式。
同时工厂方法也可以作为一个大型模板方法中的一个步骤。

实现方式

创建抽象基类并声明一个模板方法和代表算法步骤的一系列抽象方法。
- 可用final修饰模板方法防止子类重写。
将步骤设为抽象方法(或者通过报错的方式强制子类实现)，或者提供默认实现。
为每个算法变体新建一个具体子类，子类必须实现抽象步骤，也可以重写默认实现。

回调（Callback）也能起到跟模板模式相同的作用。同步回调看起来更像模板模式，异步回调看起来更像观察者模式。

回调：注册函数到某个类中。
- 同步回调：函数返回之前执行注册的函数。
- 异步回调（延迟回调）：函数返回之后执行注册的函数。

示例

模板方法类

public abstract class Computer {

    private String mainboard = "自带主板";
    protected String cpu;
    protected String gpu;
    protected String ram;
    protected String rom;

    // final 防止子类重写
    public final void buildComputer() {
        installCpu();
        installGpu();
        installRam();
        installRom();
    }

    // 抽象方法，给子类实现
    protected abstract void installCpu();

    // 抽象方法，给子类实现
    protected abstract void installGpu();

    // 默认实现
    protected void installRam() {
        this.ram = "8G";
    }

    // 默认实现
    protected void installRom() {
        this.rom = "512G固态";
    }

    public String show() {
        return "Computer{" +
                "mainboard='" + mainboard + '\'' +
                ", cpu='" + cpu + '\'' +
                ", gpu='" + gpu + '\'' +
                ", ram='" + ram + '\'' +
                ", rom='" + rom + '\'' +
                '}';
    }
}

实现类

public class OfficeComputer extends Computer {

    @Override
    protected void installCpu() {
        this.cpu = "intel i5 ";
    }
    @Override
    protected void installGpu() {
        this.gpu = "intel i5 集成显卡";
    }
}

public class GamingComputer extends Computer {

    @Override
    protected void installCpu() {
        this.cpu = "amd 5900x";
    }
    @Override
    protected void installGpu() {
        this.gpu = "nvidia 3090 super";
    }
    @Override
    protected void installRam() {
        this.ram = "16G";
    }
    @Override
    protected void installRom() {
        this.rom = "1T 固态";
    }
}

public class ProgrammingComputer extends Computer {

    @Override
    protected void installCpu() {
        this.cpu = "amd 5900x";
    }
    @Override
    protected void installGpu() {
        this.gpu = "nvidia 2070 super";
    }
    @Override
    protected void installRam() {
        this.ram = "64G";
    }
    @Override
    protected void installRom() {
        this.rom = "2T 固态";
    }
}

测试代码

public class TemplateTest {

    @Test
    public void test() {

        Computer officeComputer = new OfficeComputer();
        Computer gamingComputer = new GamingComputer();
        Computer programmingComputer = new ProgrammingComputer();

        officeComputer.buildComputer();
        System.out.println(officeComputer.show());

        gamingComputer.buildComputer();
        System.out.println(gamingComputer.show());

        programmingComputer.buildComputer();
        System.out.println(programmingComputer.show());
    }
}

实例

JDK

java.io.InputStream、OutputStream、Reader、Writer


public abstract class InputStream implements Closeable {
    //...省略其他代码...

    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        if (b == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
            return 0;
        }

        int c = read();
        if (c == -1) {
            return -1;
        }
        b[off] = (byte) c;

        int i = 1;
        try {
            for (; i < len; i++) {
                c = read();
                if (c == -1) {
                    break;
                }
                b[off + i] = (byte) c;
            }
        } catch (IOException ee) {
        }
        return i;
    }

    public abstract int read() throws IOException;
}

public class ByteArrayInputStream extends InputStream {
    //...省略其他代码...

    @Override
    public synchronized int read() {
        return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1;
    }
}

java.util.AbstractList、AbstractSet、AbstractMap

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        boolean modified = false;
        for (E e : c) {
            add(index++, e);
            modified = true;
        }
        return modified;
    }

    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

javax.servlet.http.HttpServlet

自己的实现

public class HelloServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        this.doPost(req, resp);
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        resp.getWriter().write("Hello World.");
    }
}

模板类

public abstract class HttpServlet extends GenericServlet implements Serializable {

    private static final String METHOD_DELETE = "DELETE";
    private static final String METHOD_HEAD = "HEAD";
    private static final String METHOD_GET = "GET";
    private static final String METHOD_OPTIONS = "OPTIONS";
    private static final String METHOD_POST = "POST";
    private static final String METHOD_PUT = "PUT";
    private static final String METHOD_TRACE = "TRACE";
    private static final String HEADER_IFMODSINCE = "If-Modified-Since";
    private static final String HEADER_LASTMOD = "Last-Modified";
    private static final String LSTRING_FILE = "javax.servlet.http.LocalStrings";
    private static ResourceBundle lStrings = ResourceBundle.getBundle("javax.servlet.http.LocalStrings");

    /**
     * 将请求及响应 转换成 HttpServletRequest 及 HttpServletResponse，
     * 再调用 service() 的重载方法
     */
    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException {
        HttpServletRequest request;
        HttpServletResponse response;
        try {
            request = (HttpServletRequest) req;
            response = (HttpServletResponse) res;
        } catch (ClassCastException e) {
            throw new ServletException("non-HTTP request or response");
        }
        service(request, response);
    }

    /**
     * 对 HTTP 协议各种类型的请求分别进行处理 (模板方法)
     */
    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String method = req.getMethod();
        if (method.equals("GET")) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            if (lastModified == -1L) {
                doGet(req, resp);
            } else {
                long ifModifiedSince = req.getDateHeader("If-Modified-Since");
                if (ifModifiedSince < (lastModified / 1000L) * 1000L) {
                    maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                    doGet(req, resp);
                } else {
                    resp.setStatus(304);
                }
            }
        } else if (method.equals("HEAD")) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            maybeSetLastModified(resp, lastModified);
            doHead(req, resp);
        } else if (method.equals("POST"))
            doPost(req, resp);
        else if (method.equals("PUT"))
            doPut(req, resp);
        else if (method.equals("DELETE"))
            doDelete(req, resp);
        else if (method.equals("OPTIONS"))
            doOptions(req, resp);
        else if (method.equals("TRACE")) {
            doTrace(req, resp);
        } else {
            String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
            Object errArgs[] = new Object[1];
            errArgs[0] = method;
            errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
            resp.sendError(501, errMsg);
        }
    }

    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_get_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1"))
            resp.sendError(405, msg);
        else
            resp.sendError(400, msg);
    }

    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_post_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1"))
            resp.sendError(405, msg);
        else
            resp.sendError(400, msg);
    }

    protected long getLastModified(HttpServletRequest req) {
        return -1L;
    }

    protected void doHead(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        NoBodyResponse response = new NoBodyResponse(resp);
        doGet(req, response);
        response.setContentLength();
    }

    protected void doPut(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // ...
    }

    protected void doDelete(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // ...
    }

    private Method[] getAllDeclaredMethods(Class c) {
        // ...
    }

    protected void doOptions(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        Method methods[] = getAllDeclaredMethods(getClass());
        // ...
    }

    protected void doTrace(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // ...
    }

    private void maybeSetLastModified(HttpServletResponse resp, long lastModified) {
        // ...
    }
}

以上代码与文章会同步到 github 仓库：

/chenbihao/Design-Patterns

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。

原始发表：2021-12-04，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

编程算法

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