Design-Pattern-Template

模板模式（Template Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是：在抽象父类中定义一个操作的算法骨架（模板），将部分步骤的具体实现延迟到子类中完成。通过这种方式，子类可以在不改变算法整体结构的前提下，重新定义算法中的某些特定步骤。

场景

假设需要生成三种格式的报表（PDF/Excel/HTML），初始方案简单定义了三个独立类分别处理数据生成与报表渲染。

public class PdfReportGenerator {
    public void generate() {
        List<String> rawData = fetchDataFromDB();
        List<String> processedData = processData(rawData);
        renderPdf(processedData);
        saveToFile();
    }

    private List<String> fetchDataFromDB() {
        ...
    }

    private List<String> processData(List<String> rawData) {
        ...
    }

    private void renderPdf(List<String> processedData) {
        ...
    }

    private void saveToFile() {
        ...
    }
}

public class ExcelReportGenerator {...}
public class HtmlReportGenerator {...}

对比三个类的代码，其中一部分代码是重复冗余的——所有报表的生成流程相同：

1. 连接数据库获取数据
2. 处理数据（过滤、排序、计算）
3. 渲染为指定格式
4. 输出文件

而客户端在调用生成器的方法时，不同生成器所属的类不同，因此可能要写多遍重复的调用代码。

PdfReportGenerator pdfGenerator = new PdfReportGenerator();
pdfGenerator.generate();

ExcelReportGenerator excelGenerator = new ExcelReportGenerator();
excelGenerator.generate();

HtmlReportGenerator htmlGenerator = new HtmlReportGenerator();
htmlGenerator.generate();

一个直观的改进思路是，先定义统一的生成器接口，再由各具体生成器类实现接口中的方法——这样客户端只需通过接口即可灵活引用各类具体生成器。不过，该方案仍无法解决三个具体生成器类中存在重复代码的问题。

模板模式

对于重复的代码和流程，可以将其抽取到一个抽象基类中。在上例中，就是将生成报表的过程，定义在抽象基类中。

public abstract class AbstractReportGenerator {
    public void generate() {
        List<String> rawData = fetchDataFromDB();
        List<String> processedData = processData(rawData);
        render(processedData);
        saveToFile();
    }
    
    private abstract List<String> fetchDataFromDB();
    private abstract List<String> processData(List<String> rawData);
    private abstract void render(List<String> processedData)；
    private abstract void saveToFile();
}

在抽取的流程代码中，定义了操作流程的框架，依次调用了四个抽象方法。将方法声明为抽象方法可以强制子类实现其功能，体现不同子类的差异化。如果大部分子类都没明显差别，也可以在基类中提供默认实现，仅在少数子类去重写。

模板模式包含两个核心角色，抽象模板类定义了算法的骨架（模板方法），包含一系列按顺序执行的步骤。其中，不变的步骤由抽象类自身实现，可变的步骤声明为抽象方法，由子类实现。通常会将模板方法声明为 final，防止子类重写算法的整体结构。具体子类实现抽象模板类中定义的抽象方法，为算法的可变步骤提供具体实现。

至此模板模式已介绍完毕，结构简单得没有绘制类图的必要。模板模式的应用，有一个很有意思的特点：它在实践中往往悄无声息地落地。当我们在代码库中发现多个类存在大量重复代码或相似执行逻辑时，自然会想到将这些共性内容抽取到抽象基类中，仅在子类里实现差异化的具体细节。完成这样的改造后，代码结构其实就已经符合模板模式的设计思想了。这一过程的本质，正是模板模式的典型应用场景。硬要细究这两者的差异，模板模式最核心的特征在于定义了一个算法框架，并在框架中依次调用了抽象方法。

在一些框架中，会有预留的、可在指定方法前后执行的可重写方法，称为钩子函数。例如在Servlet中重写init和destroy方法，以支持Servlet的初始化和销毁资源。这也是模板模式的一种实践。

在模板模式的具体实现类中，其对多个抽象方法的实现通常是互相绑定，配套使用的。例如上例中声明的获取数据、处理数据、生成报表、保存文件四个抽象方法，其在实现时不能任意组合。生成pdf的具体类定义的处理数据方法，不该能替换成生成Excel的具体类中的处理数据方法，因为方法的返回值会被作为生成报表过程的入参。而若抽象方法的实现也需要支持能够互相替换任意组合，则可以采取策略模式，直接由调用方传入，而不是在模板方法中在定义抽象方法。

总结

模板模式将多个类中相同的流程步骤抽取到抽象基类中，形成算法骨架。在算法骨架中调用多个抽象方法，并在具体子类中实现这些抽象方法。

如果算法骨架中的抽象方法也需要可以替换具体实现，则可以使用策略模式。