Springboot整合模版方法设计模式原理、优缺点、开源框架应用场景

2023-08-29 微信公众号小王博客基地

一、前言

常见的设计模式有23种，我们不得不提到模板方法设计模式，这是一种在软件开发中广泛使用的行为型设计模式之一。它为我们提供了一种优雅的方式来定义算法的结构，并将算法的具体实现延迟到子类中！

在本篇博客中，我们将深入探讨模板方法设计模式在Spring Boot中的应用。我们将从概念入手，逐步展开，探究模板方法设计模式原理、优缺点、开源框架应用场景以及如何在企业级灵活应用。

如果您正在寻找一种能够提升代码重用性、可维护性和可扩展性的方法，这篇博客一定要收藏。

二、什么是模板方法

全称是模板方法设计模式，英文是 Template Method Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》一书中，它是这么定义的：

Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses. Template Method lets subclasses redefine certAIn steps of an algorithm without changing the algorithm’s structure.

翻译成中文就是：「模板方法模式在一个方法中定义一个算法骨架，并将某些步骤推迟到子类中实现。模板方法模式可以让子类在不改变算法整体结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。」

这里的“算法”，我们可以理解为广义上的“业务逻辑”，并不特指数据结构和算法中的“算法”。这里的算法骨架就是“模板”，包含算法骨架的方法就是“模板方法”，这也是模板方法模式名字的由来。

「白话讲就是：创建一个抽象类并在里面定义一些方法，有的抽象类本身已经实现，实现方法的复用，有的需要子类去实现提高扩展性！」

三、模板方法的原理

模板方法的原理可以简单概括如下：

「定义算法骨架」：在抽象基类中定义一个模板方法，该方法包含了算法的整体流程，通常由一系列步骤组成。这些步骤可以是抽象方法、具体方法或空方法（钩子方法）。
「子类定制实现」：子类继承基类，并实现其中的抽象方法，以提供算法的具体实现。子类可以根据需要定制算法的某些步骤，而不必修改整个算法的结构。
「模板方法的调用」：在客户端代码中，通过调用抽象基类的模板方法来启动算法。模板方法按照定义的流程调用了各个步骤，以及可能的具体方法或钩子方法。

总之，通过这种方式，模板方法设计模式实现了方法的复用，可以更好去扩展，同时将算法的整体结构清晰地展现在一个方法中，使得代码易于理解和维护。

四、优缺点

1、优点

「代码复用」：模板方法模式鼓励代码重用，将通用的算法框架放在抽象类中，可以在多个子类中共享这些通用部分的代码，减少了重复编写代码的工作。
「扩展性」：子类可以通过实现抽象方法或覆盖钩子方法来扩展或定制算法的具体步骤，随时可以扩展，不影响之前代码。
「结构清晰」：模板方法模式能够将算法的整体结构清晰地体现出来，使得代码更易于理解和维护。
「符合开闭原则」：模板方法模式支持开闭原则，因为算法框架在抽象类中定义，具体步骤可以在子类中扩展，而不需要修改抽象类的代码。

2、缺点

「限制灵活性」：由于模板方法模式固定了算法的整体框架，有时可能会限制一些特定情况下的灵活性。如果需要更细粒度的控制，可能需要通过扩展抽象类来解决。
「增加复杂性」：尽管模板方法模式可以使代码结构更清晰，但也引入了抽象类和具体子类之间的层次关系，可能会增加代码的复杂性。
「难以理解」：对新手不友好，可能需要一些时间来理解算法框架和各个具体步骤之间的关系。

五、开源框架应用场景

JAVA中的java.io.InputStream/OutputStream： Java的输入输出流类中使用了模板方法模式。这些类提供了一系列的抽象方法，子类必须实现这些方法来完成底层的读写操作。然而，这些类也提供了一些具体的方法，如read和write，这些方法实际上调用了一系列的抽象方法，构成了一个完整的读写算法框架。
Servlet中的HttpServlet： Java Servlet规范中的HttpServlet类也使用了模板方法模式。HttpServlet类提供了service方法来处理HTTP请求，而具体的处理逻辑则通过覆盖doGet、doPost等方法来实现。
JUnit测试框架中的TestCase： JUnit测试框架中的TestCase类使用了模板方法模式来定义测试用例的执行流程。用户可以通过覆盖setUp和tearDown等方法来定制测试环境的设置和清理。
Java Swing中的JApplet： Java Swing中的JApplet类也是一个使用模板方法模式的例子。它定义了init、start、stop等方法来控制Applet的生命周期。

有很多博客都会说Spring框架中的JdbcTemplate也是模版方法模式的实践，看了王争老师的课才知道，它并非基于模板模式来实现的，而是基于回调来实现的，确切地说应该是同步回调。

可以看一下JdbcTemplate源码：

@Override
public void execute(final String sql) throws DataAccessException {
 if (logger.isDebugEnabled()) {
  logger.debug("Executing SQL statement [" + sql + "]");
 }

 /**
  * Callback to execute the statement.
  */
 class ExecuteStatementCallback implements StatementCallback<Object>, SqlProvider {
  @Override
  @Nullable
  public Object doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {
   stmt.execute(sql);
   return null;
  }
  @Override
  public String getSql() {
   return sql;
  }
 }

 execute(new ExecuteStatementCallback(), true);
}

六、项目实战

看了开源框架使用这么多，自己也模拟一个简单的案例，来体会一下模版方法的魅力！

我们来写模拟人的一生，经历五个阶段：出生、上学、工作、退休、死亡

其中出生和死亡都是不变的流程，我们进行复用！上学、工作、退休每个人的人生都是不同的，等着他们自己去实现，这样来一个新的人都可以创建一个子类去实现，完成了扩展性！

下面我们开始吧！

1、创建父类构造类

/**
 * 人的一生模版
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 15:07
 */
public abstract class PersonTemplate {

    /**
     * 人的一生经历的阶段
     * @param name
     */
    public final void lifeCycle(String name) {
        birth(name);
        education(name);
        work(name);
        retirement(name);
        death(name);
    }

    /**
     * 教育
     * @param name
     */
    protected abstract void education(String name);

    /**
     * 工作
     * @param name
     */
    protected abstract void work(String name);

    /**
     * 退休
     * @param name
     */
    protected abstract void retirement(String name);

    /**
     * 出生
     * @param name
     */
    protected void birth(String name) {
        System.out.println(name + "哇哇落地了！");
    }

    /**
     * 死亡
     * @param name
     */
    protected void death(String name) {
        System.out.println(name + "退出历史的舞台了！");
    }

}

「这里父类的方法，如果不想子类去实现，就可以加上final修饰，这个看自己需要，或者不需要每一个都让子类去实现，可以定义空的方法，有需要的子库去实现！」

如果是我们的业务复杂这里就自己去拓展方法的参数，来进行后续的操作！

2、创建子类

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 16:30
 */
@Component
public class LiHuaPerson extends PersonTemplate{

    @Override
    protected void education(String name) {
        System.out.println(name + "博士毕业了！");
    }

    @Override
    protected void work(String name) {
        System.out.println(name + "当上了上市公司CEO！");
    }

    @Override
    protected void retirement(String name) {
    System.out.println(name + "留在公司当顾问，不需要上班，工资照发！");
    }
}

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2023/8/16 16:30
 */
@Component
public class TomPerson extends PersonTemplate{

    @Override
    protected void education(String name) {
        System.out.println(name + "大学毕业了！");
    }

    @Override
    protected void work(String name) {
        System.out.println(name + "当上了公务员！");
    }

    @Override
    protected void retirement(String name) {
        System.out.println(name + "正常退休，过上遛狗养花的快乐生活！");
    }
}

这里就粘贴两个子类，样子都是一样的！

3、创建测试类

@SpringBootTest
class DemoNewApplicationTests {
    
    @Autowired
    private TomPerson tomPerson;
    @Autowired
    private LiHuaPerson liHuaPerson;

    @Autowired
    private PeterPerson peterPerson;

    @Test
    void contextLoads() {
        tomPerson.lifeCycle("Tom");
        liHuaPerson.lifeCycle("LiHua");
        peterPerson.lifeCycle("Peter");
    }
}

这里就是直接注入了三个子类实现，然后调用，正常业务一般是按需来调用流程，这时可以使用策略模式去改造一下调用端，这个就是按需来进行拓展！

然后结合一下这样模版方法+策略模式基本上比较完整了！

4、结果

父类的实现方法也执行了，子类的实现方法也执行了！

七、总结

在Spring Boot项目中，整合模板方法设计模式能够帮助提高代码的重用性和可维护性，同时在保持一致性的基础上，为不同场景提供了灵活性。通过深入理解模板方法模式的原理、优缺点以及应用场景，我们可以更好地设计和实现具有高内聚、低耦合的代码。在实际开发中，合理地运用模板方法模式可以有效地提升代码质量和开发效率。