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前言
在软件开发中，设计模式是经典的解决方案，它们被广泛应用于面向对象的程序设计中。其中，模板方法模式（Template Method）是一种常用的行为型设计模式，它定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。本文将从原理、实现以及应用场景三个方面来介绍模板方法模式。
摘要
模板方法模式是一种基于继承的设计模式，它通过抽象父类定义一系列的抽象方法和模板方法，而由具体的子类来实现这些抽象方法，从而完成对算法的具体实现。模板方法模式遵循“开闭原则”，能够很好地解决代码复用、扩展性和屏蔽细节等问题。
模板方法模式
概念
模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法的某些步骤。它通过将相同的代码抽象到父类中来避免代码重复和复杂性，而通过子类的扩展来实现算法的不同变化。模板方法模式是一种可扩展性很强的模式，因为它使用了多态性和继承来实现不同的算法变化。模板方法模式在软件开发中广泛应用于框架开发、算法设计和复杂业务逻辑的实现。
结构
模板方法模式的结构包括以下几个角色：
抽象类（Abstract Class）：定义了一系列抽象方法和模板方法。其中模板方法定义了算法的骨架，而抽象方法则需要子类去实现。
具体类（Concrete Class）：实现了抽象类中定义的抽象方法，完成算法中具体的步骤。同时，它还可以重写模板方法中的某些步骤，来实现算法的变化。
通过这种方式，模板方法模式将算法的具体实现推迟到具体子类中，从而实现了算法的复用和扩展。
如下是模板方法模式的UML类图：
模式优缺点
优点
模板方法模式的优点如下：
1.模板方法模式提供了一种代码复用的方式，将实现相同或类似的方法抽象到父类中，减少了代码的重复性。
2.模板方法模式提供了一种易于维护的方式，由于具体实现都在父类中，所以在需要修改时只需要在父类中修改即可，不需要修改每个子类。
3.模板方法模式提高了代码的灵活性，通过抽象出一些方法，可以方便地扩展子类功能。
缺点
模板方法模式的缺点如下：
1.在父类中定义了抽象方法，要求子类实现，如果父类的AbstractClass在设计时不够完善，或者需要修改时，会对所有的子类造成影响。
2.模板方法模式降低了程序的灵活性，当父类增加新的抽象方法时，所有子类都必须进行修改，否则编译会出错。
应用场景
模板方法模式适用于以下场景：
- 在多个类中存在相似的算法，但具体实现不同的情况下，可以使用模板方法模式将算法的公共部分抽象出来，由子类实现不同的具体实现。
- 当需要控制子类的扩展时，可以使用模板方法模式。模板方法模式通过定义抽象类来规范子类的方法实现，子类必须遵从抽象类中定义的方法的规范，这样可以控制子类的扩展。
- 如果需要一次性编写出框架的核心代码，而将具体实现留给子类来实现，可以使用模板方法模式。
模式实现
下面通过一个简单的示例来说明模板方法模式的实现。
假设我们需要开发一个系统，实现计算机基准测试的功能。我们可以定义一个Benchmark类来表示基准测试，其中包括start()、run()和stop()三个抽象方法，分别用于启动测试、执行测试和结束测试。具体的测试算法可以由子类来实现。
package com.example.javaDesignPattern.templateMethod;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/20 15:44
*/
public abstract class Benchmark {
public void runBenchmark() {
start();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
run();
}
stop();
}
public abstract void start();
public abstract void run();
public abstract void stop();
}
我们可以定义一个具体的子类来实现具体的测试算法，如下所示：
package com.example.javaDesignPattern.templateMethod;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/20 15:44
*/
public class ConcreteBenchmark extends Benchmark {
@Override
public void start() {
System.out.println("启动基准测试");
}
@Override
public void run() {
System.out.println("执行基准测试");
}
@Override
public void stop() {
System.out.println("结束基准测试");
}
}
其中定义了一个基准测试的抽象类Benchmark，其中包含了一个模板方法，模板方法定义了基本操作的顺序和流程，具体的操作由子类实现。
具体的子类ConcreteBenchmark重写了三个抽象方法start、run和stop，其中start方法启动了基准测试，run方法执行了基准测试，stop方法结束了基准测试。
在具体的子类中，可以实现具体的基准测试，而模板方法中定义的流程保证了基准测试的正确性和可维护性。这种设计模式可以减少代码重复，提高代码的可读性和可维护性。
然后你在使用时，我们可以先创建一个Benchmark对象，然后调用它的runBenchmark()方法，即可执行具体的测试算法。
package com.example.javaDesignPattern.templateMethod;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/20 15:45
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Benchmark benchmark = new ConcreteBenchmark();
benchmark.runBenchmark();
}
}
执行结果如下：
测试用例代码解析
如上代码，定义了一个名为Client的类，其中包含一个名为main的公共静态方法。当程序运行时，将创建一个ConcreteBenchmark对象，该对象实现了Benchmark接口，并将其赋值给类型为Benchmark的benchmark变量。接下来，runBenchmark方法将被调用来执行基准测试。
小结
模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，在其中一些步骤被延迟到子类中实现。模板方法模式通过将相同的代码抽象到父类中来避免代码重复和复杂性，而通过子类的扩展来实现算法的不同变化。
模板方法模式在软件开发中广泛应用于框架开发、算法设计和复杂业务逻辑的实现。该模式的优点有：提供了代码复用的方式，易于维护和灵活扩展；缺点是降低了程序的灵活性，当增加新的抽象方法时需要修改所有子类。模板方法模式适用于存在多个类中相似的算法，但具体实现不同的情况下，需要控制子类的扩展，或者需要一次性编写出框架的核心代码。在代码实现方面，可以定义一个抽象类表示算法骨架，其中包含抽象方法和模板方法，具体的算法实现由子类来实现。最后，通过创建子类对象来实现具体的算法。
附录源码
如上涉及代码均已上传同步在GitHub，提供给同学们参考性学习。
总结
模板方法模式是一种基于继承的设计模式，它通过一系列抽象方法和模板方法来定义算法骨架，而由具体的子类来实现这些抽象方法，从而完成对算法的具体实现。模板方法模式可以很好地解决代码复用、扩展性和屏蔽细节等问题。在实际应用中，模板方法模式比较常用，比如在框架设计、算法设计等方面都有广泛的应用。
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