聊一聊模板方法模式

统一抽取，制定规范；

一、概述

模板方法模式，又叫模板模式，属于23种设计模式中的行为型模式。在抽象类中公开定义了执行的方法，子类可以按需重写其方法，但是要以抽象类中定义的方式调用方法。总结起来就是：定义一个操作的算法结构，而将一些步骤延迟到子类中。在不改变算法结构的情况下,子类能重定义该算法的特定步骤。
下面是模板模式的UML图，抽象类（AbstractClass）定义公共的步骤和方法，依次调用实际的模板方法，当然每个方法可以是抽象方法（需交给子类实现），也可以是提供默认的方法。具体的类（ConcreteClass）可以重写所有的方法，但是不能改变抽象类中定义的整体结构。

二、入门案例

相信大家都吃过蛋糕，现在市面上的蛋糕可谓是五花八门，你能想到的造型商家能给你整出来，你想不到的，他们也能整出来。不过无论造型如何变化，不变的有两种东西：“奶油”和“面包”。其余的材料随意搭配，就凑成了各式各样的蛋糕。

基于这个场景，我们来写一个案例，进一步了解下模板模式；创建三个类：Cake（蛋糕）、StrawberryCake（草莓蛋糕）、CherryCake（樱桃蛋糕）。最后创建一个Client类，实现这个制作蛋糕的调用过程。

1. package com.wsrf.template;
3. /**
4. * @author 往事如风
5. * @version 1.0
6. * @date 2023/5/4 16:12
7. * @description：抽象类：蛋糕
8. */
9. public abstract class Cake {
11.     /**
12.      * 制作
13.      */
14.     public void make() {
15.         System.out.println("开始准备材料。");
16.         bread();
17.         cream();
18.         fruit();
19.         System.out.println("经过一系列的操作。");
20.         System.out.println("制作完成。");
21.     }
23.     /**
24.      * 准备面包
25.      */
26.     public void bread() {
27.         System.out.println("准备材料：面包");
28.     }
30.     /**
31.      * 准备奶油
32.      */
33.     public void cream() {
34.         System.out.println("准备材料：奶油");
35.     }
37.     /**
38.      * 准备水果
39.      */
40.     protected abstract void fruit();
42. }

复制代码

1. package com.wsrf.template;
3. /**
4. * @author 往事如风
5. * @version 1.0
6. * @date 2023/5/4 16:13
7. * @description：具体类：草莓蛋糕
8. */
9. public class StrawberryCake extends Cake{
10.     @Override
11.     protected void fruit() {
12.         System.out.println("准备材料：草莓");
13.     }
14. }

复制代码

1. package com.wsrf.template;
3. /**
4. * @author 往事如风
5. * @version 1.0
6. * @date 2023/5/4 16:14
7. * @description：具体类：樱桃蛋糕
8. */
9. public class CherryCake extends Cake{
10.     @Override
11.     protected void fruit() {
12.         System.out.println("准备材料：樱桃");
13.     }
14. }

复制代码

1. package com.wsrf.template;
3. /**
4. * @author 往事如风
5. * @version 1.0
6. * @date 2023/5/4 16:21
7. * @description
8. */
9. public class Client {
11.     public static void main(String[] args) {
12.         Cake c1 = new CherryCake();
13.         c1.make();
14.         System.out.println("-------------------------------------");
15.         Cake c2 = new StrawberryCake();
16.         c2.make();
17.     }
18. }
19. /**
20. 输出结果：
21. 开始准备材料。
22. 准备材料：面包
23. 准备材料：奶油
24. 准备材料：樱桃
25. 经过一系列的操作。
26. 制作完成。
27. -------------------------------------
28. 开始准备材料。
29. 准备材料：面包
30. 准备材料：奶油
31. 准备材料：草莓
32. 经过一系列的操作。
33. 制作完成。
34. */

复制代码

在Cake类中定义了制作蛋糕的整个步骤，也就是make方法；然后抽取了公用的方法，bread方法和cream方法；最后定义一个抽象方法fruit，这个方法需要交给具体的子类StrawberryCake和CherryCake去实现，从而定制差异化的“蛋糕”。
三、运用场景

通过上面的“蛋糕”案例，在平时开发中我们可以具体分析一下业务需求，首先在父类中定义需求需要实现的步骤，然后将可以公用的方法抽取到父类中，将个性化的方法放到具体的子类中去实现；这样可以很好的培养“抽象化”的思维模式，这是拉开差距的第一步。
最近在开发中，遇到这样的一个业务场景：需要给不同的管理人员计算各种不同的津贴，如区域总监有区域管理津贴、佣金、培养育成津贴等等。通过分析，每种不用类型的津贴，都是需要金额x比例x系数，比例每种津贴都有不同的计算方式，系数也是。所以，大致的想法就是：金额x比例x系数这个计算方式设置为统一的方法，系数和比例让具体的津贴子类去实现。所以大致的伪代码如下；
首先，我定义了一个抽象类AbstractManageAllowanceCalService，用于定义统一的计算方法，并预留了获取比例和获取系数的抽象方法。

1. /**
2. * @author 往事如风
3. * @version 1.0
4. * @date 2023/5/4 17:12
5. * @description：津贴计算父类
6. */
7. @Slf4j
8. public abstract class AbstractManageAllowanceCalService {
10.     /**
11.      * 计算津贴
12.      * @param amount
13.      * @return
14.      */
15.     public BigDecimal calAmount(BigDecimal amount) {
16.         if (Objects.isNull(amount)) {
17.             return BigDecimal.ZERO;
18.         }
19.         BigDecimal ratio = getRatio();
20.         BigDecimal coefficient = getCoefficient();
21.         log.info("金额:{}，系数:{}，比例:{}", amount, coefficient, ratio);
22.         return amount.multiply(ratio).multiply(coefficient);
23.     }
25.     /**
26.      * 获取比例
27.      * @return
28.      */
29.     protected abstract BigDecimal getRatio();
31.     /**
32.      * 获取系数
33.      * @return
34.      */
35.     protected abstract BigDecimal getCoefficient();
36. }

复制代码

然后，定义两个具体的子类，用于计算区域管理津贴和佣金。

1. /**
2. * @author 往事如风
3. * @version 1.0
4. * @date 2023/5/4 17:17
5. * @description:区域管理津贴计算
6. */
7. @Service
8. public class AreaBusinessAllowanceCalService extends AbstractManageAllowanceCalService{
9.     /**
10.      * 区域管理津贴比例
11.      * @return
12.      */
13.     @Override
14.     protected BigDecimal getRatio() {
15.         return new BigDecimal(0.5).setScale(1, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
16.     }
18.     /**
19.      * 区域管理津贴系数
20.      * @return
21.      */
22.     @Override
23.     protected BigDecimal getCoefficient() {
24.         return new BigDecimal(0.92).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
25.     }
26. }

复制代码

1. /**
2. * @author 往事如风
3. * @version 1.0
4. * @date 2023/5/4 17:19
5. * @description：佣金计算
6. */
7. @Service
8. public class SalaryCalService extends AbstractManageAllowanceCalService{
9.     /**
10.      * 佣金比例
11.      * @return
12.      */
13.     @Override
14.     protected BigDecimal getRatio() {
15.         return new BigDecimal(0.45).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
16.     }
18.     /**
19.      * 佣金系数
20.      * @return
21.      */
22.     @Override
23.     protected BigDecimal getCoefficient() {
24.         return new BigDecimal(0.88).setScale(2, BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
25.     }
26. }

复制代码

最后，定义一个controller类，用于接口调用，提供计算能力；接收两个参数，金额和计算津贴类型。

1. /**
2. * @author 往事如风
3. * @version 1.0
4. * @date 2023/5/4 17:21
5. * @description
6. */
7. @RestController
8. @RequestMapping("/cal")
9. public class CalController implements ApplicationContextAware {
11.     private static ApplicationContext applicationContext;
13.     @PostMapping("/amount")
14.     public Result<BigDecimal> calAmount(BigDecimal amount, String calType) {
15.         AbstractManageAllowanceCalService service = null;
16.         if ("AREA".equals(calType)) {
17.             // 区域管理津贴
18.              service = (AbstractManageAllowanceCalService) applicationContext.getBean("areaBusinessAllowanceCalService");
19.         } else if ("SALARY".equals(calType)) {
20.             // 佣金
21.             service = (AbstractManageAllowanceCalService) applicationContext.getBean("salaryCalService");
22.         }
23.         if (Objects.nonNull(service)) {
24.             return Result.success(service.calAmount(amount));
25.         }
26.         return Result.fail();
27.     }
29.     @Override
30.     public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
31.         CalController.applicationContext = applicationContext;
32.     }
33. }

复制代码

在这个controller类中，我通过分析“类型”这个参数，来判断需要调用哪个service去实现具体的计算逻辑。这里用了if-else的方式去实现；其实也可以用到另一个设计模式——策略模式，这样写出来的代码就会比较优雅，这里就不对策略模式展开赘述了。
四、源码中运用

4.1、JDK源码中的模板模式

在JDK中其实也有很多地方运用到了模板模式，这里咱挑一个讲。并发包下的AbstractQueuedSynchronizer类，就是一个抽象类，也就是我们先前的文章中提到过的AQS。

1. public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
2.     extends AbstractOwnableSynchronizer
3.     implements java.io.Serializable {
4.        
5.     public final void acquire(int arg) {
6.         if (!tryAcquire(arg) &&
7.             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
8.             selfInterrupt();
9.     }
11.         public final boolean release(int arg) {
12.         if (tryRelease(arg)) {
13.             Node h = head;
14.             if (h != null && h.waitStatus != 0)
15.                 unparkSuccessor(h);
16.             return true;
17.         }
18.         return false;
19.     }
21.     protected boolean tryAcquire(int arg) {
22.         throw new UnsupportedOperationException();
23.     }
25.     protected boolean tryRelease(int arg) {
26.         throw new UnsupportedOperationException();
27.     }
28. }        

复制代码

其中，tryAcquire和tryRelease这两个方式直接抛了异常，用protected关键词修饰，需要由子类去实现。然后再acquire和release方法中分别去调用这两方法。也就是acquire方法定义了一个统一的结构，差异化的tryAcquire方法需要具体的子类去实现功能，实现了模板模式。
4.2、Spring源码中的模板模式

说到源码，Spring是一个绕不开的话题，那就来学习下Spring中的模板模式。其中，有一个类DefaultBeanDefinitionDocumentReader，它是BeanDefinitionDocumentReader的实现类，是提取spring配置文件中的bean信息，并转化为BeanDefinition。

1. public class DefaultBeanDefinitionDocumentReader implements BeanDefinitionDocumentReader {
2.        
3.     protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
4.         BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
5.         this.delegate = this.createDelegate(this.getReaderContext(), root, parent);
6.         //...
8.         this.preProcessXml(root);
9.         this.parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
10.         this.postProcessXml(root);
11.         this.delegate = parent;
12.     }
14.     protected void preProcessXml(Element root) {
15.     }
17.     protected void postProcessXml(Element root) {
18.     }
19. }   

复制代码

这里我截图了其中的一段代码，主要是doRegisterBeanDefinitions这个方法，从跟节点root出发，root下的每个bean注册定义。
该方法中还调用了preProcessXml和postProcessXml这两个方法，但是在DefaultBeanDefinitionDocumentReader类中，这两个方法是未实现的，需要其子类去实现具体的逻辑。所以，这里也是一个很典型的模板模式的运用。
五、总结

模板方法模式其实是一个比较简单的设计模式，它有如下优点：1、封装不变的逻辑，扩展差异化的逻辑；2、抽取公共代码，提高代码的复用性；3、父类控制行为，子类实现细节。
其缺点就是不同的实现都需要一个子类去维护，会导致子类的个数不断增加，造成系统更加庞大。
用一句话总结：将公用的方法抽取到父类，在父类中预留可变的方法，最后子类去实现可变的方法。
模板模式更多的是考察我们对于公用方法的提取；对于编程也是这样，更多的是一种思维能力，不能只局限于代码，要把格局打开。

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