设计模式--模板方法

<think>好的，用户想了解模板方法设计模式的原理与实现。首先，我需要回忆模板方法模式的基本概念。根据引用[3]，模板方法模式定义了一个操作中的算法框架，将一些步骤推迟到子类中实现。这样可以在不改变算法结构的情况下，让子类重新定义某些步骤。 接下来，用户可能想知道原理部分。根据引用[4]，模板方法模式通过抽象类中的模板方法规定算法结构和执行顺序，具体步骤由子类实现。这意味着父类控制流程，子类负责具体实现。需要解释这种分层的设计如何提高代码复用，并允许子类扩展特定步骤。 然后是结构部分。通常模板方法模式包含抽象类和具体子类。抽象类中的模板方法是final的，避免子类修改算法结构，而抽象方法由子类实现。比如引用[5]中的prepare_recipe()方法作为模板方法，定义了制作饮料的步骤，具体步骤如brew()和addCondiments()由子类实现。 实现方式方面，需要给出代码示例。比如制作咖啡和茶的例子，抽象类定义模板方法，子类实现具体步骤。根据引用[2]，咖啡和茶的冲泡过程有相似的步骤，可以抽象到父类，不同步骤由子类覆盖。 应用场景部分，引用[3]提到当多个类有相同的方法但某些步骤不同时适用。例如数据处理流程、文档生成等。需要举几个例子说明适用情况。 可能还需要对比其他模式，比如策略模式。根据引用[1]，策略模式使用组合来改变整个算法，而模板方法使用继承来改变部分步骤。这点需要区分清楚，避免用户混淆。 最后，总结优缺点。优点包括代码复用、扩展性，缺点则是子类必须遵循框架，可能不够灵活，如引用[1]提到可能限制子类灵活性。需要客观说明适用场景和潜在限制。 检查是否覆盖了用户需求：定义、原理、结构、实现、应用场景、优缺点。确保引用正确，每个引用对应的内容是否准确。比如引用[5]中的prepare_recipe作为模板方法的例子，引用[4]中的算法框架定义。确保回答结构清晰，分点明确，代码示例正确使用$$格式，行内公式用$符号。</think>### 模板方法设计模式的原理与实现 #### 一、定义与核心思想 模板方法模式（Template Method Pattern）是一种**行为型设计模式**，其核心思想是**定义一个算法的框架，允许子类在不改变算法结构的前提下重写某些步骤**。该模式通过抽象类实现，包含两类方法： 1. **模板方法**：定义算法骨架的固定流程，通常为`final`方法以防止子类修改[^3][^4]。 2. **抽象方法**：由子类实现的步骤，用于扩展或定制算法细节[^5]。 例如，制作咖啡和茶的流程可抽象为“烧水→冲泡→添加调料”的固定框架，而具体的冲泡和调料添加由子类实现[^2]。 --- #### 二、核心原理 1. **算法骨架固定化** 抽象类中通过模板方法规定执行顺序（如`prepare_recipe()`），子类仅需实现差异化的步骤（如`brew()`和`addCondiments()`）。 $$ \text{模板方法} = \text{固定步骤} + \text{抽象方法} $$ 2. **好莱坞原则（Hollywood Principle）** “不要调用我们，我们会调用你”——父类控制流程，子类被动响应具体步骤的调用。 --- #### 三、代码实现示例 以饮料制作为例，抽象类定义模板方法，子类实现具体步骤： ```java // 抽象类定义模板方法 abstract class CaffeineBeverage { // 模板方法（final防止子类修改结构） public final void prepareRecipe() { boilWater(); brew(); pourInCup(); addCondiments(); } // 公共步骤直接实现 void boilWater() { System.out.println("烧水"); } void pourInCup() { System.out.println("倒入杯子"); } // 子类必须实现的抽象方法 abstract void brew(); abstract void addCondiments(); } // 具体子类：咖啡 class Coffee extends CaffeineBeverage { void brew() { System.out.println("冲泡咖啡粉"); } void addCondiments() { System.out.println("加糖和牛奶"); } } // 具体子类：茶 class Tea extends CaffeineBeverage { void brew() { System.out.println("浸泡茶叶"); } void addCondiments() { System.out.println("加柠檬"); } } ``` --- #### 四、应用场景 1. **流程标准化**：多个类有相同流程但部分步骤不同（如数据处理、文档生成）[^3]。 2. **框架设计**：框架定义主流程，用户通过子类扩展细节（如Spring的`JdbcTemplate`）。 3. **避免代码重复**：将公共代码提升到父类，差异化代码下放至子类[^2]。 --- #### 五、优缺点分析 | **优点** | **缺点** | |----------------------------------|---------------------------------------| | 提高代码复用性（公共逻辑集中管理）[^2] | 可能因过度抽象增加系统复杂度 | | 子类只需关注差异部分 | 父类修改模板方法会影响所有子类[^1] | | 符合开闭原则（扩展开放，修改关闭） | 对简单流程可能造成设计过度[^3] | --- #### 六、与其他模式对比 - **策略模式（Strategy Pattern）** 策略模式通过组合替换整个算法，而模板方法模式通过继承修改部分步骤[^4]。 - **工厂方法模式（Factory Method）** 工厂方法是模板方法的一种特殊形式，专注于对象创建步骤的分工。 ---