## 模板方法模式 > 模板方法模式屬于類的行為模式。其核心是定義一個操作中的算法骨架，而將一些步驟延遲到子類中。 #### 定義 模板方法（`Template Method`）模式就是帶有模板功能的模式 ，組成模板方法的方法被定義在父類中，這些方法是抽象方法，在模板方法中規定了這些方法的執行流程，這些抽象方法需要子類來具體實現。換句話說，模板方法就是定義好了模板，也就是一定的流程，至于各個抽象方法的具體實現，則有子類們自己決定，所以查看父類的代碼是無法知曉這些方法最終會進行何種具體處理，唯一知道的就是父類是如何調用這些方法的。 實現上述這些抽象方法的是子類，在子類中實現了抽象方法也就決定了具體的處理。也就是說，不用的子類中的實現是不同的，當父類的模板方法被調用的時候，處理的方式也就不同，但是值得一提的是，無論子類如何實現抽象方法，如何自定義各自的處理邏輯，它調用父類的模板方法的時候，都會按照父類事先規定好的流程來分別調用這些方法。像這種`在父類中定義好處理流程的框架，在子類中實現具體處理`的模式就是模板方法（`Template Method`）模式。 #### 問題引入 在生活中常常能見到類似模板方法模式的案例。比如，我們小時候都練過字帖，我們只要用筆就可以在字帖上臨摹出優美的文字出來，看到字帖，在臨摹之前就可以知道我們將會寫出那些字出來，但是寫出來字的效果就得依靠筆的類型，使用毛筆能臨摹出粗字體，使用簽字筆能臨摹出細字體。 在比如，在炒菜的時候，一般步驟都是：`往鍋里倒油——打開天然氣灶——加入具體蔬菜——加入具體調料——出鍋`，那么這個流程步驟就是一個模板，我們按照這個流程就可以炒出一盤熱騰騰的蔬菜，至于加入的蔬菜和調料是什么類型，那么就得根據自己的口味了。 還有，一般我們玩游戲都有一個具體的步驟：`初始化游戲——開始玩游戲——游戲結束`，至于玩的是何種游戲，就可以根據自己的喜好來選擇，但是都會遵循這個游戲步驟。這個步驟在模板方法模式中就是對應的模板。后面的示例代碼將結合這個問題來對模板方法設計模式進行闡述。 #### 模板方法設計模式在JDK源碼中的應用 模板方法模式也是一個非常常用的設計模式之一，在`JDK`源碼中，就存在大量的模板方法設計模式的身影，比如： * `java.io.InputStream`, `java.io.OutputStream`, `java.io.Reader`以及`java.io.Writer`中所有非抽象方法。 * `java.util.AbstractList`, `java.util.AbstractSet`以及`java.util.AbstractMap`中所有非抽象方法。 接下來，我們一起來閱讀`java.io.InputStream`的部分源碼，來感受一下模板方法設計模式是如何在`JDK`中應用的。這里列舉`java.io.InputStream`中一個抽象方法和一個非抽象方法，其中非抽象方法就是模板設計模式中的重要角色——模板。 ~~~javascript public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException { if (b == null) { throw new NullPointerException(); } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) { throw new IndexOutOfBoundsException(); } else if (len == 0) { return 0; } int c = read(); if (c == -1) { return -1; } b[off] = (byte)c; int i = 1; try { for (; i < len ; i++) { c = read(); if (c == -1) { break; } b[off + i] = (byte)c; } } catch (IOException ee) { } return i; } public abstract int read() throws IOException; ~~~ 上面的非抽象方法給定了從輸入流中讀取數據的具體流程，而如何從輸入流中讀取，卻沒有給出具體的實現方法，需要`java.io.InputStream`這個抽象類的子類來具體實現read方法。 #### 手動實現模板方法設計模式 也許閱讀到這里，你對模板方法設計模式還沒有一個清晰的認識，沒關系，接下來將從最簡單的示例開始，來展現模板方法設計模式的基本用法和原理。 我們選擇上面問題引入中的“玩游戲”，使用代碼來具體實現模板方法設計模式。首先，我們需要一個抽象類，這個抽象類有可變內容和不可變內容，可變內容就是該抽象類擁有抽象方法，這就需要子類去實現它，不同的子類對其實現方式往往是不同的；不可變內容就是該抽象類擁有非抽象方法，這個抽象方法往往是由`final`來修飾，它不允許子類來覆蓋它，它就是模板方法，它規定了各個抽象方法的執行流程，也就是說，當子類來調用這個模板方法的時候，各個抽象方法實現方式雖然不同，但是他們的執行流程和順序確實一致的。這個就是模板方法設計模式的基本原理。我們將模板方法設計模式類圖設計如下：  * **抽象類Game** ~~~javascript package cn.itlemon.design.pattern.chapter03.template.method; /** * 模板方法設計模式主要抽象類 * * @author jiangpingping * @date 2018/9/14 下午3:22 */ public abstract class Game { /** * 初始化游戲 */ public abstract void initialize(); /** * 開始游戲 */ public abstract void startPlay(); /** * 結束游戲 */ public abstract void endPlay(); /** * 模板方法：確定了游戲的流程 */ public final void playGame() { initialize(); startPlay(); endPlay(); } } ~~~ 注意觀察這個抽象類，它有可變內容`initialize`、`startPlay`、`endPlay`三個抽象方法，有一個不可變內容`playGame`方法，其中不可變內容`playGame`方法規定了上面三個抽象方法的執行順序。 * **子類BasketBallGame** ~~~javascript package cn.itlemon.design.pattern.chapter03.template.method; /** * 籃球游戲? * * @author jiangpingping * @date 2018/9/14 下午3:27 */ public class BasketBallGame extends Game { @Override public void initialize() { System.out.println("Basketball Game Initialized! Start playing."); } @Override public void startPlay() { System.out.println("Basketball Game Started. Enjoy the game!"); } @Override public void endPlay() { System.out.println("Basketball Game Finished!"); } } ~~~ * **子類FootBallGame** ~~~javascript package cn.itlemon.design.pattern.chapter03.template.method; /** * 足球游戲?? * * @author jiangpingping * @date 2018/9/14 下午3:30 */ public class FootBallGame extends Game { @Override public void initialize() { System.out.println("Football Game Initialized! Start playing."); } @Override public void startPlay() { System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!"); } @Override public void endPlay() { System.out.println("Football Game Finished!"); } } ~~~ 這兩個子類都繼承了`Game`這抽象類，并且重寫了三個抽象方法，這正印證了模板方法設計模式的定義：`在父類中定義好處理流程的框架，在子類中實現具體處理`。 * **測試類Main** ~~~javascript package cn.itlemon.design.pattern.chapter03.template.method; /** * @author jiangpingping * @date 2018/9/14 下午3:32 */ public class Main { public static void main(String[] args) { Game basketBallGame = new BasketBallGame(); Game footBallGame = new FootBallGame(); basketBallGame.playGame(); System.out.println(); footBallGame.playGame(); } } ~~~ 在該測試類中，我們分別創建了兩個子類的對象，并將這兩個對象保存在父類的變量中，當分別調用`playGame`方法的時候，和我們預計想一致，按照指定的順序將三個可變方法進行了調用，但不同子類的具體實現是不一樣的。 ~~~javascript Basketball Game Initialized! Start playing. Basketball Game Started. Enjoy the game! Basketball Game Finished! Football Game Initialized! Start playing. Football Game Started. Enjoy the game! Football Game Finished! ~~~ #### 淺析模板方法模式中的重要角色 在模板方法設計模式中，主要角色只有兩個，分別是：描述抽象方法和模板方法的抽象類，以及實現抽象方法的具體子類。 * **AbstractClass（抽象類）** `AbstractClass`角色主要負責實現模板方法，并且還負責聲明模板方法中用到的抽象方法，這些抽象方法由具體的子類來進行實現，模板方法負責規定這些抽象方法的調用順序。在本次示例中，該角色由`Game`來扮演。 * **ConcreteClass（具體類）** `ConcreteClass`角色主要負責實現`AbstractClass`角色中聲明的抽象方法，不同的`ConcreteClass`對這些抽象方法實現的方式不一樣的，但是由于在父類中規定了這些抽象方法的調用順序，所有，即使具體的實現方式不一樣，但是最終的執行順序都是一致的。 #### 模板方法模式UML類圖 模板方法設計模式`UML`類圖如下所示：  #### 為什么要使用模板方法模式 究竟使用模板方法模式可以給我們的代碼帶來什么好處呢？它的主要優點就是在父類中編寫好了算法，在子類中無需重復編寫，如果算法有問題，那么只需要修改父類中模板方法即可。 還有重要的一點就是，在使用父類類型變量保存子類實例對象的時候，無需使用`instanceof`等指定子類的具體類型，也可以直接調用模板方法。