一天一个设计模式——模板方法(Template Method)模式

一、模式说明

　　现实世界中的模板是用于将事物的结构规律予以固定化、标准化的成果，它体现了结构形式的标准化。例如镂空文字印刷的模板，通过某个模板印刷出来的文字字体大小都是一模一样，但是具体使用什么材质的颜料，什么颜色的颜料来印刷文字，取决于具体实际业务场景的需要。由此可见，模板制定了某些固定的条条框框，以及事物的处理标准流程，但是并没有说明如何去做，具体如何做，取决于使用模板的人。

　　在程序设计领域，模板是具有一系列抽象方法的接口类，单看接口类，我们只能知道这个模板有哪些抽象方法以及这些方法的调用顺序，但最终这些方法具体做什么操作，仅从模板类无法得知。继承模板的不同的子类，对这些抽象方法可以有不同的实现，当父类的模板方法被调用时，程序就可以有不同的行为实现。

　　像这样，在父类中定义处理流程的框架，在子类中实现具体处理的模式，称为模板方法模式。

　　在通常的面向对象程序设计中，我们习惯于站在子类的角度思考问题：例如子类继承了父类的哪些方法和属性，子类如何扩展父类实现新的功能，子类如何覆盖父类的方法来改变程序的行为。现在换一种角度，站在父类的角度思考子类：期待子类需要实现的抽象方法，要求子类必须实现的抽象方法。这也是Java面向对象程序设计中抽象类设计的特点：抽象类并不说明具体要执行的操作，但是抽象类可以提前决定继承它的子类中的方法名（抽象类中的方法名），并定义这些方法的处理流程，这种在抽象阶段决定处理流程非常重要：

• 使处理逻辑通用化，父类模板方法中已经写好了每个方法调用的时机，并处理这些方法的结果，实现业务算法，因此子类无需重复编写如何调用这些方法的算法。
• 在子类中实现父类的抽象方法时，需要充分理解这些抽象方法的调用时机，从而实现子类与父类之间的协作。
• 父类与子类的一致性，根据里氏替换原则(LSP)，可以使用父类的变量保存子类的实例，且无论变量保存的是哪个子类实例，调用父类的模板方法，程序都可以正常工作。

　　举个具体的例子，在程序中访问数据库，无论是什么数据库（mysql、oracle、h2），要操作它们都要做一些特定步骤的操作：

• 1. 建立数据库连接
• 2. 创建Connection连接
• 3. 创建statement或者preparedStateement
• 4. 执行sql，返回ResultSet
• 5. 关闭resultSet
• 5.关闭statement
• 6.关闭Connection

　　Spring针对不同的平台，提供了几种不同的模板：

• 直接使用JDBC：提供了JdbcTemplate
• 使用ORM框架：HibernateTemplate和JpaTemplate

二、模板方法(Template Method)模式类图

三、模板方法(Template Method)模式中的角色

• AbstractClass抽象类：负责实现模板方法，并声明要用到的抽象方法。
• ConcreteClass具体类：负责实现AbstractClass抽象类中的抽象方法，这些方法会被AbstactClass抽象类中的模板方法调用。

四、代码示例

这里使用Spring的JDBCTemplate来演示模板方法模式：

1:创建java控制台应用程序，并添加spring相关依赖（或者使用maven创建java项目），项目目录结构如下：

注：adapterpattern包和iteratorpattern包是之前设计模式的代码示例包，无需理会（也可以查看我之前的博客，里面有说明这些代码是如何创建的）。

2:创建数据源的Bean，即上图中的ContextBeans类：

package com.designpattern.cn.templatemethodpattern;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.sql.DataSource;

@Component
public class ContextBeans {
    @Bean
    public DataSource dataSource(){
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://10.211.55.100:3306/fruit_sale_system");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("123456");
        return dataSource;
    }
}

3:启用Spring容器的自动扫描配置类SpringConfig：

package com.designpattern.cn.templatemethodpattern;

import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
@ComponentScan
public class SpringConfig {
}

4:测试使用模板方法操作数据库执行结果：

可以看到上述代码中，我只进行了Spring的基本配置，并为项目设置了一个mysql数据源，通过创建模板的实例JdbcTemplate，就可以直接调用queryForObject模板方法，实现业务查询。

五、相关的模式

• 工厂方法(FactoryMethod)模式：工厂方法模式是将模板方法用于生成实例的的典型例子。
• 策略(Strategy)模式：模板方法模式中，使用继承来改变程序的行为，而在策略模式中，使用委托改变程序的行为，并替换整个算法。