一、简介
模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义一个操作（模板方法）的基本组合与控制流程，将一些步骤（抽象方法）推迟到子类中，在使用时调用不同的子类，就可以达到不改变一个操作的基本流程情况下，即可修改其中的某些特定步骤。这种设计方式将特定步骤的具体实现与操作流程分离开来，实现了代码的复用和扩展，从而提高代码质量和可维护性。
模板方法模式包含以下：
-
抽象类：负责定义模板方法、基本方法、抽象方法。 -
模板方法：在抽象类中定义的流程操作集合，里面有一系列流程操作和条件控制，包含基本方法和抽象方法。 -
基本方法：在抽象类中已经实现了的方法。 -
抽象方法：在抽象类中还没有实现的方法。 -
具体子类：实现抽象类中所定义的抽象方法，也就是实现特定步骤。
模板方法模式的优点：
-
封装不变部分，扩展可变部分。模板方法模式将可变的部分封装在抽象方法中，不变的部分封装在基本方法中。这使得子类可以根据需求对可变部分进行扩展，而不变部分仍然保持不变。 -
避免重复代码，抽象类中包含的基本方法可以避免子类重复实现相同的代码逻辑。 -
更好的扩展性，由于具体实现由子类来完成，因此可以方便地扩展新的功能或变更实现方式，同时不影响模板方法本身。
模板方法模式的缺点：
-
类多，由于每个算法都需要一个抽象类和具体子类来实现，因此在操作流程比较多时可能导致类的数量急剧增加，从而导致代码的复杂性提高。 -
关联性高，模板方法与子类实现的抽象方法紧密相关，如果该模板方法需要修改，可能会涉及到多个子类的修改。
简单列一些模板方法模式的应用场景：
-
开发框架，通常框架会定义一些通用的模板，子类可以根据自身的特定需求来细化模板的实现细节，比如 Spring中的JdbcTemplate、RestTemplate、RabbitTemplate、KafkaTemplate等。 -
业务逻辑，我们可以针对业务流程做一些拆解，将特定步骤改为子类实现。比如发送验证码的流程，在发送验证码时需要选择不同厂商来发送验证码，但是我们发送的验证码前的检查、验证码生成、保存验证码逻辑都是一样的。
二、Java中实现模板方法模式
如上，我们用一个简单的发送短信代码来做模板方法模式的示例：
定义一个发送短信模板
/**
* 发送短信模板
*/
public
abstract
class
SmsTemplate {
/**
* 发送方法
*
*
@param mobile 手机号
*/
public
void
send
(String mobile)
throws Exception {
System.out.println(
"检查用户一分钟内是否发送过短信，
mobile:" + mobile);
if (checkUserReceiveInOneMinute(mobile)) {
throw
new Exception(
"请等待1分钟后重试");
}
String code = genCode();
if (manufacturer(mobile, code)) {
System.out.println(
"短信厂商发送短信成功，
mobile:" + mobile +
",code=" + code);
save2redis(mobile, code);
}
}
/**
* 模板方法，由不同的厂商来实现发送短信到手机上
*
@return
*/
abstract
boolean
manufacturer
(String mobile, String code);
/**
* 检查1分钟内该手机号是否接收过验证码，1分钟内接收过就不能在发送验证码
*
@param mobile
*
@return
*/
public
boolean
checkUserReceiveInOneMinute
(String mobile) {
return ...;
}
/**
* 生成6位验证码
*
@return
*/
public String
genCode
() {
return
"123456";
}
/**
* 将手机号+验证码存进redis中，给登录接口做校验用
*
@param mobile
*
@param code
*/
public
void
save2redis
(String mobile, String code) {
...
}
}
添加两个不同厂商实现的子类
/**
* 阿里云短信发送
*/
public
class
AliyunSmsSend
extends
SmsTemplate{
@Override
boolean
manufacturer
(String mobile, String code) {
System.out.println(
"读取阿里云短信配置");
System.out.println(
"创建阿里云发送短信客户端");
System.out.println(
"阿里云发送短信成功");
return
true;
}
}
/**
* 腾讯云短信发送
*/
public
class
TencentSmsSend
extends
SmsTemplate {
@Override
boolean
manufacturer
(String mobile, String code) {
System.out.println(
"读取腾讯云短信配置");
System.out.println(
"创建腾讯云发送短信客户端");
System.out.println(
"腾讯云发送短信成功");
return
true;
}
}
在 Java 程序中进行调用
public
class
Main {
public
static
void
main
(String[] args)
throws Exception {
SmsTemplate smsTemplate1 =
new AliyunSmsSend();
smsTemplate1.send(
"13333333333");
System.out.println(
"---------------------------");
SmsTemplate smsTemplate2 =
new TencentSmsSend();
smsTemplate2.send(
"13333333333");
}
}
输出如下：
检查用户一分钟内是否发送过短信，mobile:13333333333
读取阿里云短信配置
创建阿里云发送短信客户端
阿里云发送短信成功
短信厂商发送短信成功，mobile:13333333333,code=123456
---------------------------
检查用户一分钟内是否发送过短信，mobile:13333333333
读取腾讯云短信配置
创建腾讯云发送短信客户端
腾讯云发送短信成功
短信厂商发送短信成功，mobile:13333333333,code=123456
我们来看看模板方法模式的组成：
-
抽象类 SmsTemplate中定义了发送短信的基本流程操作-
发送前检查用户1分钟内是否接收过短信，不变部分。 -
生成验证码，不变部分。 -
发远验证码到用户手机，这个抽象方法由不同子类实现， 可变部分。 -
发送成功则保存到 redis 中，不变部分。
-
-
具体子类 AliyunSmsSend、TencentSmsSend继承抽象类，实现抽象方法manufacturer(String mobile, String code)，定义流程中的可变部分。 -
调用模板方法 send(mobile)，在模板方法中完成了基本流程组合与条件控制。
三、Spring 实现模板方法模式
在
Spring 中实现模板方法模式，是非常简单的，我们只需要对上述的
Java 代码示例的
AliyunSmsSend 类稍作改造，加上
@Component 注解就行，
/**
* 阿里云短信发送
*/
@Component
public
class
AliyunSmsSend
extends
SmsTemplate{
@Override
boolean
manufacturer
(String mobile, String code) {
IUserService userService = SpringUtil.getBean(IUserService
.
class);
System.out.println(
"读取阿里云短信配置");
System.out.println(
"创建阿里云发送短信客户端");
System.out.println(
"阿里云发送短信成功");
return
true;
}
}
如果在
AliyunSmsSend 类中需要注入其他
bean，通过
cn.hutool.extra.spring.SpringUtil.getBean(...) 方法获取对应
bean 就行。
四、使用Java8中Lambda表达式
在Java8 中，还可以使用函数表达式来替换抽象方法，代码如下，
/**
* 发送短信模板
*/
public
class
SmsTemplateLambda {
/**
* 发送短信
*
@param mobile 手机号
*
@param biFunction
*
@throws Exception
*/
public
void
send
(String mobile,
BiFunction<String, String, Boolean> biFunction)
throws Exception {
System.out.println(
"检查用户一分钟内是否发送过短信，mobile:" + mobile);
if (checkUserReceiveInOneMinute(mobile)) {
throw
new Exception(
"请等待1分钟后重试");
}
String code = genCode();
if (biFunction.apply(mobile, code)) {
System.out.println(
"短信厂商发送短信成功，mobile:"
+ mobile +
",code=" + code);
save2redis(mobile, code);
}
}
...
}
通过
BiFunction 函数，将不同厂商发送短信到用户手机的代码在
send(mobile) 方法中分离处理。
调用方法如下：
public
static
void
main
(String[] args)
throws Exception {
SmsTemplateLambda smsTemplateLambda =
new SmsTemplateLambda();
smsTemplateLambda.send(
"1333333333", (s, s2) -> {
System.out.println(
"读取阿里云短信配置");
System.out.println(
"创建阿里云发送短信客户端");
System.out.println(
"阿里云发送短信成功");
return
true;
});
smsTemplateLambda.send(
"1333333333", (s, s2) -> {
System.out.println(
"读取腾讯云短信配置");
System.out.println(
"创建腾讯云发送短信客户端");
System.out.println(
"腾讯云发送短信成功");
return
true;
});
}
可以看到，我们可以只在调用
SmsTemplateLambda 类的
send(mobile) 方法时，才实现不同厂商发送短信到手机的具体逻辑。好处就是每增加一个模板方法时，不用增加具体的子类实现，减少类的创建与降低子类的实现成本。
总结
模板方法模式通过定义一个流程基本操作也就是模板方法，将具体的实现步骤推迟到子类中，使得子类可以灵活地实现可变的行为，这是模板方法模式的核心思想与价值所在。
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