【设计模式精解】从根上理解模板方法设计模式及其应用
目录
模板方法模式有哪些应用？
概念
模板方法设计模式之前是怎么写代码的？
代码示例
代码结构图
模板方法设计模式样例
UML类图
代码示例
AQS是怎么应用模板方法设计模式的？
acquire(）具体是什么流程呢？
模板方式设计模式的优缺点
模板方法模式有哪些应用？
在很多时候，我们的代码中可能会有一些公共的部分并且还有一些定制的部分，那么公共这部分就可以定义在一个父类中，然后将定制的部分实现在子类中。这样子类可以根据需要扩展或重写父类的方法，而不需要改变算法的结构。
概念
定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构，就可以重定义该算法的某些特定步骤，这种类型的设计模式属于行为型模式。
模板方法设计模式之前是怎么写代码的？
代码示例
以一个试卷为例，每个学生都需要把试卷上的题目抄一遍并且选择答案，代码如下：
public class PaperA {// 试题一public void question1() {System.out.println("第一题的题目是:1+1=?");System.out.println("第一题的答案选择" + "A");}// 试题二public void question2() {System.out.println("第二题的题目是1+2=?");System.out.println("第二题的答案选择" + "B");}// 试题三public void question3() {System.out.println("第三题的题目是1+3=?");System.out.println("第三题的答案选择" + "C");}
}public class PaperB {// 试题一public void question1() {System.out.println("第一题的题目是:1+1=?");System.out.println("第一题的答案选择" + "B");}// 试题二public void question2() {System.out.println("第二题的题目是1+2=?");System.out.println("第二题的答案选择" + "D");}// 试题三public void question3() {System.out.println("第三题的题目是1+3=?");System.out.println("第三题的答案选择" + "A");}
}public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("学生甲的试卷-------------");PaperA paperA = new PaperA();paperA.question1();paperA.question2();paperA.question3();System.out.println("学生乙的试卷-------------");PaperB paperB = new PaperB();paperB.question1();paperB.question2();paperB.question3();}
}可以感觉到学生甲和学生乙两个抄试卷类非常类似，除了答案不同，没什么不一样的，假设老师突然要改代码，如果某人抄错了，那就糟糕了。
所以我们的解决办法是老师出一根试卷，打印多份，让学生写答案就行。也就是抽象出一个父类，让两个子类继承，公共的试题代码写到父类当中就可以，下面我来写写看。
// 抽象父类
public abstract class Paper {public void question1() {System.out.println("第一题的题目是1+1=?");System.out.println("第一题的答案选择" + answer1());}// 子类需要重写的方法public abstract String answer1();public void question2() {System.out.println("第二题的题目是1+2=?");System.out.println("第二题的答案选择" + answer2());}// 子类需要重写的方法public abstract String answer2();public void question3() {System.out.println("第三题的题目是1+3=?");System.out.println("第三题的答案选择" + answer3());}// 子类需要重写的方法public abstract String answer3();
}public class PaperA extends Paper {@Overridepublic String answer1() {return "A";}@Overridepublic String answer2() {return "B";}@Overridepublic String answer3() {return "C";}
}public class PaperB extends Paper {@Overridepublic String answer1() {return "B";}@Overridepublic String answer2() {return "D";}@Overridepublic String answer3() {return "A";}
}客户端程序
public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("学生甲的试卷-------------");PaperA paperA = new PaperA();paperA.question1();paperA.question2();paperA.question3();System.out.println("学生乙的试卷-------------");PaperB paperB = new PaperB();paperB.question1();paperB.question2();paperB.question3();}
}代码结构图
模板方法设计模式样例
UML类图
代码示例
// 抽象类，定义模板方法
public abstract class AbstractClass {// 模板方法，定义了算法的主要步骤public final void templateMethod() {primitiveOperation1(); // 调用第一个具体步骤primitiveOperation2(); // 调用第二个具体步骤}// 抽象方法，由子类实现protected abstract void primitiveOperation1();// 抽象方法，由子类实现protected abstract void primitiveOperation2();
}// 子类A，实现抽象方法
public class ClassA extends AbstractClass {@Overrideprotected void primitiveOperation1() {// 实现具体步骤A1System.out.println("ClassA primitiveOperation1");}@Overrideprotected void primitiveOperation2() {// 实现具体步骤A2System.out.println("ClassA primitiveOperation2");}
}// 子类B，实现抽象方法
public class ClassB extends AbstractClass {@Overrideprotected void primitiveOperation1() {// 实现具体步骤B1System.out.println("ClassB primitiveOperation1");}@Overrideprotected void primitiveOperation2() {// 实现具体步骤B2System.out.println("ClassB primitiveOperation2");}
}客户端程序
// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {AbstractClass classA = new ClassA();classA.templateMethod(); // 输出：ClassA primitiveOperation1, ClassA primitiveOperation2AbstractClass classB = new ClassB();classB.templateMethod(); // 输出：ClassB primitiveOperation1, ClassB primitiveOperation2}
}
AQS是怎么应用模板方法设计模式的？
AQS是一个抽象类，它内部定义了一些公共的方法，这些公共的方法有获取锁acquire()，还有释放锁release()、等方法。也就是把这个架子搭好了，你自己用的时候需要让子类继承这个抽象类然后重写tryAcquire()，tryRelease()方法，这就是一个典型的模板方法的应用。
| AQS类中 ， 公共方法 | 描述 |
| public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); } | 独占获取的同步状态 它调用了子类重写的tryAcquire方法，如果获取成功，直接返回，否则接着走其他方法进度等待队列 |
| public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; } | 独占式释放同步状态 释放成功后，把同步队列中第一个节点内的线程唤醒 |
acquire(）具体是什么流程呢？
就是if里的方法的执行顺序：
tryAcquire()--->addWaiter(Node.EXCLUSIVE)--------------------->acquireQueued(##,arg)-------------------------->selfInterrupt()
获取锁--------->获取失败后，请求锁的线程包装成Node,放入队列--->刚包装成Node的线程，让它尝试获取锁或挂起---->中断当前线程
整合一下上面的图：
Semaphore 的重写方法
public boolean tryAcquire(int permits) {if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
}模板方式设计模式的优缺点
优点：尽可能的将重复的代码提升带父类中去，子类只描述特化的那一部分代码。大大降低代码的重复度。
缺点：父类与子类之间的调用关系复杂，增加了代码阅读难度；通过继承实现，如果父类添加新的抽象方法，所有子类都需要修改。
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