在Java中实现模板方法模式

1. 概述

在本快速教程中，我们介绍如何使用模板方法模式。通过将逻辑封装在单个方法中，可以更轻松地实现复杂的算法。

2. 实现

为了演示模板方法模式的工作原理，让我们创建一个表示构建计算机工作站的简单示例。

给定模式的定义，算法的结构将在定义模板buildComputer()方法的基类中定义：

public abstract class ComputerBuilder {

    // ...

    public final Computer buildComputer() {
        addMotherboard();
        setupMotherboard();
        addProcessor();
        return new Computer(computerParts);
    }

    public abstract void addMotherboard();

    public abstract void setupMotherboard();

    public abstract void addProcessor();

    // ...
}

ComputerBuilder类负责通过声明添加和设置不同组件(如主板和处理器)的方法来概述构建计算机所需的步骤。

在这里，buildComputer()方法是模板方法，它定义了组装计算机部件的算法步骤，并返回完全初始化的Computer实例。

请注意，它被声明为final以防止它被重写。

3. 实践

在已经设置基类的情况下，让我们尝试通过创建两个子类来使用它，一个构建“标准”计算机，另一个构建“高端”计算机：

public class StandardComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    @Override
    public void addMotherboard() {
        computerParts.put("Motherboard", "Standard Motherboard");
    }

    @Override
    public void setupMotherboard() {
        motherboardSetupStatus.add("Screwing the standard motherboard to the case.");
        motherboardSetupStatus.add("Pluging in the power supply connectors.");
        motherboardSetupStatus.forEach(
                step -> System.out.println(step));
    }

    @Override
    public void addProcessor() {
        computerParts.put("Processor", "Standard Processor");
    }
}

这是HighEndComputerBuilder变体：

public class HighEndComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    @Override
    public void addMotherboard() {
        computerParts.put("Motherboard", "High-end Motherboard");
    }

    @Override
    public void setupMotherboard() {
        motherboardSetupStatus.add("Screwing the high-end motherboard to the case.");
        motherboardSetupStatus.add("Pluging in the power supply connectors.");
        motherboardSetupStatus.forEach(
                step -> System.out.println(step));
    }

    @Override
    public void addProcessor() {
        computerParts.put("Processor", "High-end Processor");
    }
}

如我们所见，我们不需要担心整个组装过程，而只需要为单独的方法提供实现。

现在，让我们看看它的实际效果：

new StandardComputerBuilder()
    .buildComputer();
    .getComputerParts()
    .forEach((k, v) -> System.out.println("Part : " + k + " Value : " + v));
        
new HighEndComputerBuilder()
    .buildComputer();
    .getComputerParts()
    .forEach((k, v) -> System.out.println("Part : " + k + " Value : " + v));

4. Java核心库中的模板方法

这种模式在Java核心库中被广泛使用，例如java.util.AbstractList或java.util.AbstractSet。

例如，AbstractList提供了List接口的框架实现。

模板方法的一个示例可以是addAll()方法，尽管它没有明确定义为final：

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    rangeCheckForAdd(index);
    boolean modified = false;
    for (E e : c) {
        add(index++, e);
        modified = true;
    }
    return modified;
}

用户只需要实现add()方法：

public void add(int index, E element) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

在这里，程序员负责提供一个实现，用于在给定索引(集合算法的变体部分)处将元素添加到集合中。

5. 总结

在本文中，我们演示了模板方法模式以及如何在Java中实现它。模板方法模式促进了代码重用和解耦，但以使用继承为代价。

与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。

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