本篇文章介紹一種設(shè)計(jì)模式——外觀模式。本篇文章內(nèi)容參考:《JAVA與模式》之模板方法模式，模板方法模式深度解析（三）。
一、模版方法模式的定義
模板方法模式是類的行為模式。準(zhǔn)備一個(gè)抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構(gòu)造函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，然后聲明一些抽象方法來迫使子類實(shí)現(xiàn)剩余的邏輯。不同的子類可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)這些抽象方法，從而對(duì)剩余的邏輯有不同的實(shí)現(xiàn)。這就是模板方法模式的用意。
二、模版方法模式的結(jié)構(gòu)
模板方法模式是所有模式中最為常見的幾個(gè)模式之一，是基于繼承的代碼復(fù)用的基本技術(shù)。
模板方法模式需要開發(fā)抽象類和具體子類的設(shè)計(jì)師之間的協(xié)作。一個(gè)設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)給出一個(gè)算法的輪廓和骨架，另一些設(shè)計(jì)師則負(fù)責(zé)給出這個(gè)算法的各個(gè)邏輯步驟。代表這些具體邏輯步驟的方法稱做基本方法(primitive method)；而將這些基本方法匯總起來的方法叫做模板方法(template method)，這個(gè)設(shè)計(jì)模式的名字就是從此而來。
模板方法所代表的行為稱為頂級(jí)行為，其邏輯稱為頂級(jí)邏輯。模板方法模式的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
這里涉及到兩個(gè)角色：
抽象模板(Abstract Template)角色有如下責(zé)任：
■ 定義了一個(gè)或多個(gè)抽象操作，以便讓子類實(shí)現(xiàn)。這些抽象操作叫做基本操作，它們是一個(gè)頂級(jí)邏輯的組成步驟。
■ 定義并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模板方法。這個(gè)模板方法一般是一個(gè)具體方法，它給出了一個(gè)頂級(jí)邏輯的骨架，而邏輯的組成步驟在相應(yīng)的抽象操作中，推遲到子類實(shí)現(xiàn)。頂級(jí)邏輯也有可能調(diào)用一些具體方法。
具體模板(Concrete Template)角色又如下責(zé)任：
■ 實(shí)現(xiàn)父類所定義的一個(gè)或多個(gè)抽象方法，它們是一個(gè)頂級(jí)邏輯的組成步驟。
■ 每一個(gè)抽象模板角色都可以有任意多個(gè)具體模板角色與之對(duì)應(yīng)，而每一個(gè)具體模板角色都可以給出這些抽象方法（也就是頂級(jí)邏輯的組成步驟）的不同實(shí)現(xiàn)，從而使得頂級(jí)邏輯的實(shí)現(xiàn)各不相同。
抽象模板角色類，abstractMethod()、hookMethod()等基本方法是頂級(jí)邏輯的組成步驟，這個(gè)頂級(jí)邏輯由templateMethod()方法代表。
public abstract class AbstractTemplate {
/**
* 模板方法
*/
public void templateMethod(){
//調(diào)用基本方法
abstractMethod();
hookMethod();
concreteMethod();
}
/**
* 基本方法的聲明（由子類實(shí)現(xiàn)）
*/
protected abstract void abstractMethod();
/**
* 基本方法(空方法)
*/
protected void hookMethod(){}
/**
* 基本方法（已經(jīng)實(shí)現(xiàn)）
*/
private final void concreteMethod(){
//業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
}
具體模板角色類，實(shí)現(xiàn)了父類所聲明的基本方法，abstractMethod()方法所代表的就是強(qiáng)制子類實(shí)現(xiàn)的剩余邏輯，而hookMethod()方法是可選擇實(shí)現(xiàn)的邏輯，不是必須實(shí)現(xiàn)的。
public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate{
//基本方法的實(shí)現(xiàn)
@Override
public void abstractMethod() {
//業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
//重寫父類的方法
@Override
public void hookMethod() {
//業(yè)務(wù)相關(guān)的代碼
}
}
模板模式的關(guān)鍵是：子類可以置換掉父類的可變部分，但是子類卻不可以改變模板方法所代表的頂級(jí)邏輯。
每當(dāng)定義一個(gè)新的子類時(shí)，不要按照控制流程的思路去想，而應(yīng)當(dāng)按照“責(zé)任”的思路去想。換言之，應(yīng)當(dāng)考慮哪些操作是必須置換掉的，哪些操作是可以置換掉的，以及哪些操作是不可以置換掉的。使用模板模式可以使這些責(zé)任變得清晰。
三、模板方法模式中的方法
模板方法中的方法可以分為兩大類：模板方法和基本方法。
模板方法
一個(gè)模板方法是定義在抽象類中的，把基本操作方法組合在一起形成一個(gè)總算法或一個(gè)總行為的方法。
一個(gè)抽象類可以有任意多個(gè)模板方法，而不限于一個(gè)。每一個(gè)模板方法都可以調(diào)用任意多個(gè)具體方法。
基本方法
基本方法又可以分為三種：抽象方法(Abstract Method)、具體方法(Concrete Method)和鉤子方法(Hook Method)。
● 抽象方法：一個(gè)抽象方法由抽象類聲明，由具體子類實(shí)現(xiàn)。在Java語言里抽象方法以abstract關(guān)鍵字標(biāo)示。
● 具體方法：一個(gè)具體方法由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)，而子類并不實(shí)現(xiàn)或置換。
● 鉤子方法：一個(gè)鉤子方法由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)，而子類會(huì)加以擴(kuò)展。通常抽象類給出的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)空實(shí)現(xiàn)，作為方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。
在上面的例子中，AbstractTemplate是一個(gè)抽象類，它帶有三個(gè)方法。其中abstractMethod()是一個(gè)抽象方法，它由抽象類聲明為抽象方法，并由子類實(shí)現(xiàn)；hookMethod()是一個(gè)鉤子方法，它由抽象類聲明并提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，并且由子類置換掉。concreteMethod()是一個(gè)具體方法，它由抽象類聲明并實(shí)現(xiàn)。
默認(rèn)鉤子方法
一個(gè)鉤子方法常常由抽象類給出一個(gè)空實(shí)現(xiàn)作為此方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。這種空的鉤子方法叫做“Do Nothing Hook”。具體模版類中可以選擇是否重寫鉤子方法，通常重寫鉤子方法是為了對(duì)模版方法中的步驟進(jìn)行控制，判斷鉤子方法中的狀態(tài)，是否進(jìn)行下一步操作。
四、模版方法的具體實(shí)例
考慮一個(gè)計(jì)算存款利息的例子。假設(shè)系統(tǒng)需要支持兩種存款賬號(hào)，即貨幣市場(chǎng)(Money Market)賬號(hào)和定期存款(Certificate of Deposite)賬號(hào)。這兩種賬號(hào)的存款利息是不同的，因此，在計(jì)算一個(gè)存戶的存款利息額時(shí)，必須區(qū)分兩種不同的賬號(hào)類型。
這個(gè)系統(tǒng)的總行為應(yīng)當(dāng)是計(jì)算出利息，這也就決定了作為一個(gè)模板方法模式的頂級(jí)邏輯應(yīng)當(dāng)是利息計(jì)算。由于利息計(jì)算涉及到兩個(gè)步驟：一個(gè)基本方法給出賬號(hào)種類，另一個(gè)基本方法給出利息百分比。這兩個(gè)基本方法構(gòu)成具體邏輯，因?yàn)橘~號(hào)的類型不同，所以具體邏輯會(huì)有所不同。
顯然，系統(tǒng)需要一個(gè)抽象角色給出頂級(jí)行為的實(shí)現(xiàn)，而將兩個(gè)作為細(xì)節(jié)步驟的基本方法留給具體子類實(shí)現(xiàn)。由于需要考慮的賬號(hào)有兩種：一是貨幣市場(chǎng)賬號(hào)，二是定期存款賬號(hào)。系統(tǒng)的類結(jié)構(gòu)如下圖所示。
抽象模板角色類
public abstract class Account {
/**
* 模板方法，計(jì)算利息數(shù)額
* @return 返回利息數(shù)額
*/
public final double calculateInterest(){
double interestRate = doCalculateInterestRate();
String accountType = doCalculateAccountType();
double amount = calculateAmount(accountType);
return amount * interestRate;
}
/**
* 基本方法留給子類實(shí)現(xiàn)
*/
protected abstract String doCalculateAccountType();
/**
* 基本方法留給子類實(shí)現(xiàn)
*/
protected abstract double doCalculateInterestRate();
/**
* 基本方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)
*/
private double calculateAmount(String accountType){
/**
* 省略相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯
*/
return 7243.00;
}
}
具體模板角色類
public class MoneyMarketAccount extends Account {
@Override
protected String doCalculateAccountType() {
return "Money Market";
}
@Override
protected double doCalculateInterestRate() {
return 0.045;
}
}
public class CDAccount extends Account {
@Override
protected String doCalculateAccountType() {
return "Certificate of Deposite";
}
@Override
protected double doCalculateInterestRate() {
return 0.06;
}
}
客戶端類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Account account = new MoneyMarketAccount();
System.out.println("貨幣市場(chǎng)賬號(hào)的利息數(shù)額為：" + account.calculateInterest());
account = new CDAccount();
System.out.println("定期賬號(hào)的利息數(shù)額為：" + account.calculateInterest());
}
}
五、模板方法模式效果與適用場(chǎng)景
模板方法模式是基于繼承的代碼復(fù)用技術(shù)，它體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮闹T多重要思想，是一種使用較為頻繁的模式。模板方法模式廣泛應(yīng)用于框架設(shè)計(jì)中，以確保通過父類來控制處理流程的邏輯順序（如框架的初始化，測(cè)試流程的設(shè)置等）。
在以下情況下可以考慮使用模板方法模式：
(1) 對(duì)一些復(fù)雜的算法進(jìn)行分割，將其算法中固定不變的部分設(shè)計(jì)為模板方法和父類具體方法，而一些可以改變的細(xì)節(jié)由其子類來實(shí)現(xiàn)。即：一次性實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法的不變部分，并將可變的行為留給子類來實(shí)現(xiàn)。
(2) 各子類中公共的行為應(yīng)被提取出來并集中到一個(gè)公共父類中以避免代碼重復(fù)。
(3) 需要通過子類來決定父類算法中某個(gè)步驟是否執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)子類對(duì)父類的反向控制。
六、模版方法模式的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
(1) 在父類中形式化地定義一個(gè)算法，而由它的子類來實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的處理，在子類實(shí)現(xiàn)詳細(xì)的處理算法時(shí)并不會(huì)改變算法中步驟的執(zhí)行次序。
(2) 模板方法模式是一種代碼復(fù)用技術(shù)，它在類庫設(shè)計(jì)中尤為重要，它提取了類庫中的公共行為，將公共行為放在父類中，而通過其子類來實(shí)現(xiàn)不同的行為，它鼓勵(lì)我們恰當(dāng)使用繼承來實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。
(3) 可實(shí)現(xiàn)一種反向控制結(jié)構(gòu)，通過子類覆蓋父類的鉤子方法來決定某一特定步驟是否需要執(zhí)行。
(4) 在模板方法模式中可以通過子類來覆蓋父類的基本方法，不同的子類可以提供基本方法的不同實(shí)現(xiàn)，更換和增加新的子類很方便，符合單一職責(zé)原則和開閉原則。
缺點(diǎn)
需要為每一個(gè)基本方法的不同實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)子類，如果父類中可變的基本方法太多，將會(huì)導(dǎo)致類的個(gè)數(shù)增加，系統(tǒng)更加龐大，設(shè)計(jì)也更加抽象，此時(shí)，可結(jié)合橋接模式來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
