模板方法模式是一种在软件开发中广泛应用的设计模式。这种模式主要通过定义一个算法的框架，将一些步骤的具体实现延迟到子类中，从而实现了代码的复用和扩展性。模板方法模式不仅提高了代码的可读性和可维护性，也使得子类可以在不改变算法结构的前提下，灵活地改变或增加某些步骤的实现。
在软件开发中，我们经常需要创建一些算法或操作的通用框架，以便在各种子类中实现特定的行为，这就是模板方法模式（Template Method Pattern）发挥作用的地方，这种设计模式允许我们在不改变算法结构的前提下，定义一个算法的骨架，同时让子类去实现一些步骤。
什么是模板方法模式？
模板方法模式是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，这样可以使得子类可以不改变该算法的结构即可重定义算法的某些特定步骤，它是一种很好的代码复用机制。
模板方法模式的优点
1. 封装不变部分，扩展可变部分
模板方法模式的主要优点之一就是它可以很好地封装不变部分和扩展可变部分，不变部分指的是算法的主体结构，它是所有具体子类共有的部分，不能改变，可变部分是算法中的某些步骤，它们可以在子类中被重新定义。
2. 简化父类代码
通过将公共行为移动到超类中，模板方法模式可以使子类的代码更加清晰和简洁，这是因为子类不再需要实现所有的方法，而只需要实现那些与特定行为相关的方法。
3. 提高代码复用性
由于算法的主体结构在超类中被定义，因此可以在多个子类中复用这部分代码，这使得我们可以在不同的上下文中使用相同的算法，而不需要重复编写代码。
模板方法模式的缺点
尽管模板方法模式有很多优点，但它也有一些潜在的缺点。
1. 对扩展开放，对修改封闭
虽然模板方法模式使得子类可以扩展新的行为，但如果需要在现有的算法中添加新的步骤，就需要修改超类，这可能会导致超类变得复杂，难以理解和维护。
2. 可能导致过多的间接调用
如果子类没有正确地实现某些方法，或者超类没有正确地调用这些方法，就可能导致错误的执行顺序或者异常的出现。
模板方法模式的使用场景
模板方法模式主要适用于以下情况：
- 需要创建一个算法的骨架，而子类需要根据实际需求来实现某些步骤。
- 需要控制子类的扩展方式，子类只能增加新的行为，而不能修改现有的行为。
- 需要在不改变算法主体结构的前提下，为子类提供扩展新功能的能力。
模板方法模式的实现
让我们通过一个简单的例子来理解模板方法模式，假设我们要创建一个咖啡机类，这个类有一个制作咖啡的通用流程，包括开始制作、加热水、冲泡咖啡、结束制作等步骤，加热水和冲泡咖啡这两个步骤可能会因为不同的咖啡种类而有所不同。
// 咖啡机抽象类
public abstract class CoffeeMachine {
// 模板方法，定义了制作咖啡的流程
public final void makeCoffee() {
boilWater();
brewCoffeeGrind();
pourInCup();
if (customerWantsCondiments()) {
addCondiments();
}
}
// 抽象方法，子类必须实现
protected abstract void boilWater();
// 抽象方法，子类必须实现
protected abstract void brewCoffeeGrind();
// 具体方法，子类可以选择是否覆盖
protected void pourInCup() {
System.out.println("Pouring into cup...");
}
// 抽象方法，子类必须实现
protected abstract boolean customerWantsCondiments();
// 抽象方法，子类必须实现
protected abstract void addCondiments();
}
// 美式咖啡机类
public class AmericanoMachine extends CoffeeMachine {
@Override
protected void boilWater() {
System.out.println("Boiling water for Americano...");
}
@Override
protected void brewCoffeeGrind() {
System.out.println("Brewing coffee grind for Americano...");
}
@Override
protected boolean customerWantsCondiments() {
return true; // 默认客户想要调料
}
@Override
protected void addCondiments() {
System.out.println("Adding condiments to Americano...");
}
}
// 卡布奇诺咖啡机类
public class CappuccinoMachine extends CoffeeMachine {
@Override
protected void boilWater() {
System.out.println("Boiling water for Cappuccino...");
}
@Override
protected void brewCoffeeGrind() {
System.out.println("Brewing coffee grind for Cappuccino...");
}
@Override
protected boolean customerWantsCondiments() {
return false; // 默认客户不想要调料
}
}在这个例子中，CoffeeMachine是一个模板方法，定义了制作咖啡的流程。boilWater()和brewCoffeeGrind()是两个抽象方法，子类必须实现。pourInCup()是一个具体方法，子类可以选择是否覆盖。customerWantsCondiments()和addCondiments()也是抽象方法，子类必须实现。
AmericanoMachine和CappuccinoMachine是两个具体的咖啡机类，它们实现了CoffeeMachine中的抽象方法，这样，我们就可以通过makeCoffee()方法来制作不同种类的咖啡了。
模板方法模式是一种非常实用的设计模式，它可以帮助我们将算法的骨架和具体步骤分离，使得代码更加清晰和易于维护，我们也需要注意其可能存在的问题，如过度封装和过多的间接调用，在使用模板方法模式时，我们需要根据实际的需求和情况来选择合适的设计和实现方式。
