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一分钟学会《模板方法模式》

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Java 设计模式

前言

只有光头才能变强。

文本已收录至我的GitHub仓库，欢迎Star：https://github.com/ZhongFuCheng3y/3y

在上一篇有读者说，一分钟就看完门面模式了，所以今天的标题就取《一分钟学会模板方法模式》

无论是面试还是个人的提升，设计模式是必学的。今天来讲解模板方法模式~

一、模板方法模式

1.1模板方法模式现实例子

大家都知道，我每次写原创技术文章，开头总会有“只有光头才能变强”。我当然不可能每次写文章的时候都去复制这句话(因为这样太麻烦了)。

我有自己的写作模板，给大家看一下：

前言和最后都是固定下来的，至于第一点和第二点就得看是写什么文章，写不同的文章对应的内容也是不一样的。

每次我写文章的时候，只要在这个模板上添加我自己想写的东西就好了，就不用每次都复制一遍相同的内容，这样就大大减少我的工作量啦。

1.2回到代码世界

代码来源于生活，同样地我可以将我写文章的过程用代码来描述，大家来看一下。

3y每篇文章都会有“前言”和“最后”的内容，3y把这两个模块写出来了。


// 3y的文章模板
public class Java3yWriteArticle {
    
    // 前言
    public void introduction() {
        System.out.println("只有光头才能变强");
    }

    // 最后
    public void theLast() {
        System.out.println("关注我的公众号：Java3y");

    }
}

3y写文章的时候，3y可能就会这样使用：


	// 3y写文章
    public static void main(String[] args) {

        Java3yWriteArticle writeArticle = new Java3yWriteArticle();

        // 前言
        writeArticle.introduction();

        // 实际内容
        System.out.println("大家好，我是3y，今天来给大家分享我写的模板方法模式");

        // 最后
        writeArticle.theLast();
    }

这样是可以完成3y写文章的功能，但是这样做好吗？这时候3y女朋友也想写文章，她的文章同样也想有“前言”和“最后”两个模块，所以3y女朋友的文章模板是这样的：


// 3y女朋友的文章模板
public  class Java3yGFWriteArticle {

    // 前言
    public void introduction() {
        System.out.println("balabalabalalabalablablalab");
    }

    // 最后
    public void theLast() {
        System.out.println("balabalabalalabalablablalab");

    }
}

那3y女朋友写文章的时候，可能也会这样使用：


    // 3y女朋友写文章
    public static void main(String[] args) {
        Java3yGFWriteArticle java3yGFWriteArticle = new Java3yGFWriteArticle();

        // 前言
        java3yGFWriteArticle.introduction();

        // 实际内容
        System.out.println("3y是傻子，不用管他");

        // 最后
        java3yGFWriteArticle.theLast();

    }

可以发现3y和3y女朋友要写文章的时是要重复调用introduction();和theLast();。并且，3y的文章模板和3y女朋友的文章模板中的“前言”和“最后”只是实现内容的不同，却定义了两次，明显就是重复的代码。面对重复的代码我们会做什么？很简单，抽取出来！

于是我们就可以抽取出一个通用的WriteArticle(为了方便调用，我们还将写文章的步骤封装成一个方法)：


// 通用模板
public abstract class WriteArticle {

    // 每个人的“前言”都不一样，所以抽象(abstract)
    protected abstract void introduction();

    // 每个人的“最后”都不一样，所以抽象(abstract)
    protected abstract void theLast();


    // 实际要写的内容，每个人的“实际内容”都不一样，所以抽象(abstract)
    protected abstract void actualContent();
    
    // 写一篇完整的文章(为了方便调用，我们将这几个步骤分装成一个方法)
    public final void writeAnCompleteArticle() {

        // 前言
        introduction();

        // 实际内容
        actualContent();

        // 最后
        theLast();
    }
}

所以，3y的模板就可以继承通用模板，在通用模板上实现自己想要的就好了：


// 3y的文章模板
public  class Java3yWriteArticle extends WriteArticle {

    // 前言
    @Override
    public void introduction() {
        System.out.println("只有光头才能变强");
    }

    // 最后
    @Override
    public void theLast() {
        System.out.println("关注我的公众号：Java3y");

    }
    @Override
    protected void actualContent() {
        System.out.println("大家好，我是3y，今天来给大家分享我写的模板方法模式");
    }
}

同样地，3y女朋友的文章模板也是类似的：


// 3y女朋友的文章模板
public  class Java3yGFWriteArticle extends WriteArticle {

    // 前言
    @Override
    public void introduction() {
        System.out.println("balabalabalalabalablablalab");
    }

    // 最后
    @Override
    public void theLast() {
        System.out.println("balabalabalalabalablablalab");

    }

    @Override
    protected void actualContent() {
        System.out.println("3y是傻子，不用管他");
    }
}

想要真正写文章的时候就十分方便了：


    // 3y写文章
    public static void main(String[] args) {

        WriteArticle java3ywriteArticle = new Java3yWriteArticle();
        java3ywriteArticle.writeAnCompleteArticle();
    }

	// 3y女朋友写文章
    public static void main(String[] args) {
        WriteArticle java3yGFWriteArticle = new Java3yGFWriteArticle();
        java3yGFWriteArticle.writeAnCompleteArticle();
    }

要点：

把公共的代码抽取出来，如果该功能是不确定的，那我们将其修饰成抽象方法。
将几个固定步骤的功能封装到一个方法中，对外暴露这个方法，就可以非常方便调用了。

嗯，上面的就是模板方法模式，就这么简单！

1.3模板方法模式介绍

《设计模式之禅》：

定义一个操作中的算法框架，而将一些步骤延迟到子类中。使子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些步骤。

根据我们上面的例子，来讲讲这段话的含义：

定义一个操作中的算法框架，而将一些步骤延迟到子类中。
- WriteArticle中有一个writeAnCompleteArticle()方法，该方法定义了发文章的所有步骤，但是这些步骤大多是抽象的，得由子类来实现。
使子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些步骤
- 外界是通过调用writeAnCompleteArticle()方法来写文章的，子类如果改变具体的实现就会间接改变了算法的细节。

比如3y在文章模板中的introduction()改了，“只有充钱才能变强”


	@Override
    public void introduction() {
        System.out.println("只有充钱才能变强");
    }

我们没有碰过writeAnCompleteArticle()的代码，但再次调用这个方法的时候，具体的实现就会发生改变(因为writeAnCompleteArticle受子类的具体实现影响)

下面我们看一下模板方法模式的通用类图：

在模板方法模式中，也有几个术语，根据我们的例子中的注释，我给大家介绍一下：


// 抽象模板类
public abstract class WriteArticle {


    // 基本方法
    protected abstract void introduction();

    // 基本方法
    protected abstract void theLast();
    
    // 基本方法
    protected abstract void actualContent();

    // 模板方法
    public final void writeAnCompleteArticle() {
        introduction();
        actualContent();
        theLast();
    }
}

// 具体模板类
public class Java3yWriteArticle extends WriteArticle {

    // 实现基本方法
    @Override
    public void introduction() {
        System.out.println("只有充钱才能变强");
    }

    // 实现基本方法
    @Override
    public void theLast() {
        System.out.println("关注我的公众号：Java3y");
    }

    // 实现基本方法
    @Override
    protected void actualContent() {
        System.out.println("大家好，我是3y，今天来给大家分享我写的模板方法模式");
    }
}

基本方法：在子类实现，并且在模板方法中被调用
模板方法：定义了一个框架，实现对基本方法的调用，完成固定的逻辑。

1.4模板方法的优缺点

优点：

封装不变的部分，扩展可变的部分。把认为是不变的部分的算法封装到父类，可变部分的交由子类来实现！
提取公共部分的代码，行为由父类控制，子类实现！

缺点：

抽象类定义了部分抽象方法，这些抽象的方法由子类来实现，子类执行的结果影响了父类的结果(子类对父类产生了影响)，会带来阅读代码的难度！

1.5模板方法模式JDK应用

最经典的就是JUC包下的AQS(AbstractQueuedSynchronizer)了。AQS是什么？

AQS其实就是一个可以给我们实现锁的框架。内部实现的关键是：先进先出的队列、state状态

我们可以看一下AQS定义的acquire()


    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }