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一、概述

模板方法模式，又叫模板模式，屬于23種設(shè)計模式中的行為型模式。在抽象類中公開定義了執(zhí)行的方法，子類可以按需重寫其方法，但是要以抽象類中定義的方式調(diào)用方法。總結(jié)起來就是：定義一個操作的算法結(jié)構(gòu)，而將一些步驟延遲到子類中。在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下,子類能重定義該算法的特定步驟。

下面是模板模式的UML圖，抽象類（AbstractClass）定義公共的步驟和方法，依次調(diào)用實際的模板方法，當(dāng)然每個方法可以是抽象方法（需交給子類實現(xiàn)），也可以是提供默認(rèn)的方法。具體的類（ConcreteClass）可以重寫所有的方法，但是不能改變抽象類中定義的整體結(jié)構(gòu)。

二、入門案例

相信大家都吃過蛋糕，現(xiàn)在市面上的蛋糕可謂是五花八門，你能想到的造型商家能給你整出來，你想不到的，他們也能整出來。不過無論造型如何變化，不變的有兩種東西：“奶油”和“面包”。其余的材料隨意搭配，就湊成了各式各樣的蛋糕。

基于這個場景，我們來寫一個案例，進一步了解下模板模式；創(chuàng)建三個類：Cake（蛋糕）、StrawberryCake（草莓蛋糕）、CherryCake（櫻桃蛋糕）。最后創(chuàng)建一個Client類，實現(xiàn)這個制作蛋糕的調(diào)用過程。

package com.wsrf.template;

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 16:12
 * @description：抽象類：蛋糕
 */
public abstract class Cake {

    /**
     * 制作
     */
    public void make() {
        System.out.println("開始準(zhǔn)備材料。");
        bread();
        cream();
        fruit();
        System.out.println("經(jīng)過一系列的操作。");
        System.out.println("制作完成。");
    }

    /**
     * 準(zhǔn)備面包
     */
    public void bread() {
        System.out.println("準(zhǔn)備材料：面包");
    }

    /**
     * 準(zhǔn)備奶油
     */
    public void cream() {
        System.out.println("準(zhǔn)備材料：奶油");
    }

    /**
     * 準(zhǔn)備水果
     */
    protected abstract void fruit();

}

package com.wsrf.template;

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 16:13
 * @description：具體類：草莓蛋糕
 */
public class StrawberryCake extends Cake{
    @Override
    protected void fruit() {
        System.out.println("準(zhǔn)備材料：草莓");
    }
}

package com.wsrf.template;

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 16:14
 * @description：具體類：櫻桃蛋糕
 */
public class CherryCake extends Cake{
    @Override
    protected void fruit() {
        System.out.println("準(zhǔn)備材料：櫻桃");
    }
}

package com.wsrf.template;

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 16:21
 * @description
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Cake c1 = new CherryCake();
        c1.make();
        System.out.println("-------------------------------------");
        Cake c2 = new StrawberryCake();
        c2.make();
    }
}
/**
輸出結(jié)果：
開始準(zhǔn)備材料。
準(zhǔn)備材料：面包
準(zhǔn)備材料：奶油
準(zhǔn)備材料：櫻桃
經(jīng)過一系列的操作。
制作完成。
-------------------------------------
開始準(zhǔn)備材料。
準(zhǔn)備材料：面包
準(zhǔn)備材料：奶油
準(zhǔn)備材料：草莓
經(jīng)過一系列的操作。
制作完成。
*/

在Cake類中定義了制作蛋糕的整個步驟，也就是make方法；然后抽取了公用的方法，bread方法和cream方法；最后定義一個抽象方法fruit，這個方法需要交給具體的子類StrawberryCake和CherryCake去實現(xiàn)，從而定制差異化的“蛋糕”。

三、運用場景

通過上面的“蛋糕”案例，在平時開發(fā)中我們可以具體分析一下業(yè)務(wù)需求，首先在父類中定義需求需要實現(xiàn)的步驟，然后將可以公用的方法抽取到父類中，將個性化的方法放到具體的子類中去實現(xiàn)；這樣可以很好的培養(yǎng)“抽象化”的思維模式，這是拉開差距的第一步。

最近在開發(fā)中，遇到這樣的一個業(yè)務(wù)場景：需要給不同的管理人員計算各種不同的津貼，如區(qū)域總監(jiān)有區(qū)域管理津貼、傭金、培養(yǎng)育成津貼等等。通過分析，每種不同類型的津貼，都是需要金額x比例x系數(shù)，比如每種津貼都有不同的計算方式，系數(shù)也是。所以，大致的想法就是：金額x比例x系數(shù)這個計算方式設(shè)置為統(tǒng)一的方法，系數(shù)和比例讓具體的津貼子類去實現(xiàn)。所以大致的偽代碼如下；

首先，我定義了一個抽象類AbstractManageAllowanceCalService，用于定義統(tǒng)一的計算方法，并預(yù)留了獲取比例和獲取系數(shù)的抽象方法。

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 17:12
 * @description：津貼計算父類
 */
@Slf4j
public abstract class AbstractManageAllowanceCalService {

    /**
     * 計算津貼
     * @param amount
     * @return
     */
    public BigDecimal calAmount(BigDecimal amount) {
        if (Objects.isNull(amount)) {
            return BigDecimal.ZERO;
        }
        BigDecimal ratio = getRatio();
        BigDecimal coefficient = getCoefficient();
        log.info("金額:{}，系數(shù):{}，比例:{}", amount, coefficient, ratio);
        return amount.multiply(ratio).multiply(coefficient);
    }

    /**
     * 獲取比例
     * @return
     */
    protected abstract BigDecimal getRatio();

    /**
     * 獲取系數(shù)
     * @return
     */
    protected abstract BigDecimal getCoefficient();
}

然后，定義兩個具體的子類，用于計算區(qū)域管理津貼和傭金。

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 17:17
 * @description:區(qū)域管理津貼計算
 */
@Service
public class AreaBusinessAllowanceCalService extends AbstractManageAllowanceCalService{
    /**
     * 區(qū)域管理津貼比例
     * @return
     */
    @Override
    protected BigDecimal getRatio() {
        return new BigDecimal(0.5).setScale(1, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
    }

    /**
     * 區(qū)域管理津貼系數(shù)
     * @return
     */
    @Override
    protected BigDecimal getCoefficient() {
        return new BigDecimal(0.92).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
    }
}

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 17:19
 * @description：傭金計算
 */
@Service
public class SalaryCalService extends AbstractManageAllowanceCalService{
    /**
     * 傭金比例
     * @return
     */
    @Override
    protected BigDecimal getRatio() {
        return new BigDecimal(0.45).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
    }

    /**
     * 傭金系數(shù)
     * @return
     */
    @Override
    protected BigDecimal getCoefficient() {
        return new BigDecimal(0.88).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
    }
}

最后，定義一個controller類，用于接口調(diào)用，提供計算能力；接收兩個參數(shù)，金額和計算津貼類型。

/**
 * @author 往事如風(fēng)
 * @version 1.0
 * @date 2023/5/4 17:21
 * @description
 */
@RestController
@RequestMapping("/cal")
public class CalController implements ApplicationContextAware {

    private static ApplicationContext applicationContext;

    @PostMapping("/amount")
    public Result calAmount(BigDecimal amount, String calType) {
        AbstractManageAllowanceCalService service = null;
        if ("AREA".equals(calType)) {
            // 區(qū)域管理津貼
             service = (AbstractManageAllowanceCalService) applicationContext.getBean("areaBusinessAllowanceCalService");
        } else if ("SALARY".equals(calType)) {
            // 傭金
            service = (AbstractManageAllowanceCalService) applicationContext.getBean("salaryCalService");
        }
        if (Objects.nonNull(service)) {
            return Result.success(service.calAmount(amount));
        }
        return Result.fail();
    }

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        CalController.applicationContext = applicationContext;
    }
}

在這個controller類中，我通過分析“類型”這個參數(shù)，來判斷需要調(diào)用哪個service去實現(xiàn)具體的計算邏輯。這里用了if-else的方式去實現(xiàn)；其實也可以用到另一個設(shè)計模式——策略模式，這樣寫出來的代碼就會比較優(yōu)雅，這里就不對策略模式展開贅述了。

四、源碼中運用

4.1、JDK源碼中的模板模式

在JDK中其實也有很多地方運用到了模板模式，這里咱挑一個講。并發(fā)包下的AbstractQueuedSynchronizer類，就是一個抽象類，也就是我們先前的文章中提到過的AQS。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
    extends AbstractOwnableSynchronizer
    implements java.io.Serializable {
 
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

 public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    protected boolean tryRelease(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

其中，tryAcquire和tryRelease這兩個方式直接拋了異常，用protected關(guān)鍵詞修飾，需要由子類去實現(xiàn)。然后在acquire和release方法中分別去調(diào)用這兩方法。也就是acquire方法定義了一個統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，差異化的tryAcquire方法需要具體的子類去實現(xiàn)功能，實現(xiàn)了模板模式。

4.2、Spring源碼中的模板模式

說到源碼，Spring是一個繞不開的話題，那就來學(xué)習(xí)下Spring中的模板模式。其中，有一個類DefaultBeanDefinitionDocumentReader，它是BeanDefinitionDocumentReader的實現(xiàn)類，是提取spring配置文件中的bean信息，并轉(zhuǎn)化為BeanDefinition。

public class DefaultBeanDefinitionDocumentReader implements BeanDefinitionDocumentReader {
 
    protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
        BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
        this.delegate = this.createDelegate(this.getReaderContext(), root, parent);
        //...

        this.preProcessXml(root);
        this.parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
        this.postProcessXml(root);
        this.delegate = parent;
    }

    protected void preProcessXml(Element root) {
    }

    protected void postProcessXml(Element root) {
    }
}

這里我截圖了其中的一段代碼，主要是doRegisterBeanDefinitions這個方法，從跟節(jié)點root出發(fā)，root下的每個bean注冊定義。

該方法中還調(diào)用了preProcessXml和postProcessXml這兩個方法，但是在DefaultBeanDefinitionDocumentReader類中，這兩個方法是未實現(xiàn)的，需要其子類去實現(xiàn)具體的邏輯。所以，這里也是一個很典型的模板模式的運用。

五、總結(jié)

模板方法模式其實是一個比較簡單的設(shè)計模式，它有如下優(yōu)點：1、封裝不變的邏輯，擴展差異化的邏輯；2、抽取公共代碼，提高代碼的復(fù)用性；3、父類控制行為，子類實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

其缺點就是不同的實現(xiàn)都需要一個子類去維護，會導(dǎo)致子類的個數(shù)不斷增加，造成系統(tǒng)更加龐大。

用一句話總結(jié)：將公用的方法抽取到父類，在父類中預(yù)留可變的方法，最后子類去實現(xiàn)可變的方法。

模板模式更多的是考察我們對于公用方法的提??；對于編程也是這樣，更多的是一種思維能力，不能只局限于代碼，要把格局打開。

六、參考源碼

編程文檔：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

應(yīng)用倉庫：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent

分享名稱：聊一聊模板方法模式
標(biāo)題網(wǎng)址：http://www.dlmjj.cn/article/coiisjs.html