【读书活动感悟分享】极客充电队——《Head First 设计模式》第八章模板方法模式

一、引言

以支付业务开发为例，在日常需求不断的迭代过程中，你会发现所有支付服务类中包含许多相似代码。 尽管这些类处理请求第三方支付平台的代码完全不同， 但参数校验、创建订单等的代码却几乎完全一样。 如何在保持业务逻辑完整的情况下去除重复代码？

二、模板方法设计模式介绍

2.1 定义

模板方法设计模式是一种行为设计模式， 它在一个方法中定义一个算法的骨架，而把一些步骤延迟到子类。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

如上图所示，建房子的流程（打地基 → 立框架→装门窗→封屋顶等）是通用的，但细节可以随着房型不同而变化。

• 上层流程固定：无论建普通房、别墅还是车库，核心顺序都不变：“地基 + 门 + 窗 + 屋顶”。这样可以抽象出一个buildHouse() 模板方法，内部把步骤写死。
• 下层细节可变：不同房型对“屋顶”这一步的具体做法不同（平顶、斜顶、双坡顶）。抽象类把这些可变点声明成抽象/钩子方法，交给子类覆写。

2.2 类图

抽象类 会声明作为算法步骤的方法， 以及依次调用它们的实际模板方法。 算法步骤可以被声明为抽象类型， 也可以提供一些默认实现。

具体类 可以重写所有步骤， 但不能重写模板方法自身。

2.3 适用场景

• 在多个类中存在相似的算法，但具体实现不同的情况下，可以使用模板方法模式将算法的公共部分抽象出来，由子类实现不同的具体实现。
• 当需要控制子类的扩展时，可以使用模板方法模式。模板方法模式通过定义抽象类来规范子类的方法实现，子类必须遵从抽象类中定义的方法的规范，这样可以控制子类的扩展。
• 如果需要一次性编写出框架的核心代码，而将具体实现留给子类来实现，可以使用模板方法模式。

2.4 优缺点

优点

• 提供了一种代码复用的方式，将实现相同或类似的方法提炼到父类中，减少了代码的重复性。
• 提供了一种易于维护的方式，由于整体算法结构都在父类中，所以在需要修改时只需要在父类中修改即可，不需要修改每个子类。
  

缺点

• 在父类中定义了抽象方法，要求子类实现，如果父类在设计时不够完善，或者需要修改时，会对所有的子类造成影响。
  
• 降低了程序的灵活性，当父类增加新的抽象方法时，所有子类都必须进行修改，否则编译会出错。

三、设计模式示例代码

3.1 支付服务重构示例

• 识别支付服务的算法框架，将算法分解为一系列步骤；

• 在支付基类中定义以上步骤方法，在模板方法中依次调用这些方法。
• 步骤可以是抽象的，也可以有一些默认的实现； 支付子类继承支付基类，并实现所有抽象方法，如有必要还需重写一些步骤方法。
  

3.2 咖啡因饮料制作示例

分析

咖啡和茶的冲泡流程相似（煮水→冲泡→倒杯→加调料），仅 “冲泡” 和 “加调料” 步骤不同。

结构

抽象类（CaffeineBeverage）：定义模板方法（prepareRecipe()），包含算法的固定步骤（boilWater()、pourInCup()）和抽象步骤（brew()、addCondiments()）。

具体子类（Coffee、Tea）：实现抽象步骤（Coffee的brew()是 “冲泡咖啡粉”，Tea的brew()是 “浸泡茶叶”）。

3.3 .Net 类库中的示例

System.Data.Common.DbCommand类（数据库操作体系） DbCommand是.NET 中所有数据库命令对象的抽象基类（如SqlCommand、OracleCommand），其定义了数据库命令执行的模板流程ExecuteReader()（执行查询并返回数据阅读器），而具体的数据库交互逻辑（如发送 SQL 到数据库、接收返回结果）则通过抽象方法ExecuteDbDataReader(CommandBehavior behavior)延迟到子类实现

public abstract class DbCommand : IDisposable
{
    public DbDataReader ExecuteReader()
    {
        // 模板方法定义执行逻辑框架
        return ExecuteDbDataReader(CommandBehavior.Default);
    }
    protected abstract DbDataReader ExecuteDbDataReader(CommandBehavior behavior);
}

四、设计模式实践

消息通知服务使用模板方法设计模式实现

需求

• 需要支持发短信通知、邮件通知、微信公众号通知。
• 核心流程包括校验参数（VerifyParam）、获取平台账号信息（GetPlatformAccount）、构造消息内容（BuildMsgContent）、发送消息（SendMsg）

UML类图

// 抽象基类
public abstract class BaseNotificationService
{
    // 模板方法
    public string SendNotification(NotificationParam param)
    {
        VerifyParam(param);
        var account = GetPlatformAccount();
        var content = BuildMsgContent(param);
        return SendMsg(account, content);
    }

    // 校验参数（默认实现，子类可重写）
    protected virtual void VerifyParam(NotificationParam param)
    {
        // 通用参数校验逻辑
    }

    // 获取平台账号信息（默认实现，子类可重写）
    protected virtual PlatformAccount GetPlatformAccount()
    {
        // 通用账号获取逻辑
    }

    // 构造消息内容（默认实现，子类可重写）
    protected virtual string BuildMsgContent(NotificationParam param)
    {
        // 通用消息构造逻辑
    }

    // 发送消息（抽象方法，子类必须实现）
    protected abstract string SendMsg(PlatformAccount account, string content);
}

// 短信通知子类
public class SmsNotificationService : BaseNotificationService
{
    protected override string SendMsg(PlatformAccount account, string content)
    {
        // 调用短信平台接口发送消息
        return "短信发送成功";
    }
}

// 邮件通知子类
public class EmailNotificationService : BaseNotificationService
{
    protected override string SendMsg(PlatformAccount account, string content)
    {
        // 调用邮件平台接口发送消息
        return "邮件发送成功";
    }
}

// 微信公众号通知子类
public class WeChatNotificationService : BaseNotificationService
{
    protected override string SendMsg(PlatformAccount account, string content)
    {
        // 调用微信公众号接口发送消息
        return "微信公众号消息发送成功";
    }
}

// 辅助类
public class NotificationParam
{
    // 通知相关参数（如接收人、消息主题、消息内容等）
}
public class PlatformAccount
{
    // 平台账号信息（如账号、密码、接口地址等）
}