模板模式：一种体现多态的设计模式

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· 2020-12-08

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0x01：模板模式

模板模式(Template)，又叫模板方法模式（Template Method），在一个抽象类公开定义了执行它的方法的模板。它的子类可以按需重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。模板方法模式：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。UML类图如下：

主要包含如下角色：

AbstractClass（抽象模板类）：在抽象类中定义了一系列基本操作，这些基本操作可以是具体的，也可以是抽象的，每一个基本操作对应算法的一个步骤，在其子类中可以重定义或实现这些步骤。同时，在抽象类中实现了一个模板方法(Template Method)，用于定义一个算法的框架，模板方法不仅可以调用在抽象类中实现的基本方法，也可以调用在抽象类的子类中实现的基本方法，还可以调用其他对象中的方法。
ConcreteCalss（具体模板子类）：它是抽象类的子类，用于实现在父类中声明的抽象基本操作以完成子类特定算法的步骤，也可以覆盖在父类中已经实现的具体基本操作。

抽象模板类：定义一个模板方法来组合sing()和dance()两个方法形成一个算法，然后让子类重定义这两个方法。

public abstract class AbstractClass {

    public abstract void sing(String name);

    public abstract void dance(String name);

    public void templateMethd(String name) {
        sing(name);
        dance(name);
    }

}

具体模板类：这里定义两个具体模板类，ConcreteClassLiMing及ConcreteClassLiuDeHua来进行测试，继承抽象模板类，实现具体方法。

public class ConcreteClassLiMing extends AbstractClass {

    @Override
    public void sing(String name) {
        System.out.println(name + "在唱歌");
    }

    @Override
    public void dance(String name) {
        System.out.println(name + "在跳舞");
    }

}

public class ConcreteClassLiuDeHua extends AbstractClass {

    @Override
    public void sing(String name) {
        System.out.println(name + "在唱歌");
    }

    @Override
    public void dance(String name) {
        System.out.println(name + "在跳舞");
    }

}

Client客户端：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass abstractClass = null;

        abstractClass = new ConcreteClassLiMing();
        abstractClass.templateMethd("黎明");

        abstractClass = new ConcreteClassLiuDeHua();
        abstractClass.templateMethd("刘德华");
    }

}

通过以上代码就实现了一个简单的模板模式，模板模式的优点：封装不变部分，扩展可变部分。提取公共代码，便于维护。行为由父类控制，子类实现；缺点：每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。

0x02：JDK中的模板模式

如果有了解过java.util.concurrent.locks包的AbstractQueuedSynchronizer类（简称AQS），就会发现AbstractQueuedSynchronizer类（同步器）是一个非常经典的模板模式。如果需要自定义同步器，一般方法是：继承AQS，并重写指定方法(无非是按照自己定义的规则对state的获取与释放)；将AQS组合在自定义同步组件的实现中，并调用模板方法，而这些模板方法会调用重写的方法。

//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
isHeldExclusively();
//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquire(int);
//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int);
////共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryAcquireShared(int);
////共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryReleaseShared(int);

默认情况下，以上这些方法都抛出 UnsupportedOperationException。这些方法的实现必须是内部线程安全的，并且通常应该简短而不是阻塞。AQS类中的其他方法都是final ，所以无法被其他类使用，只有这几个方法可以被其他类使用。

0x03：Spring中的模板模式

Spring作为一个特优秀的框架，底层大量使用模板模式。以Spring的事务管理器来讲下Spring中的模板模式。

AbstractPlatformTransactionManager是Spring中的模板抽象类，它的继承关系图如下：

实现了PlatformTransactionManager接口，重载了接口中的方法。

模板方法：事务管理器中抽象类中的模板方法不止一个，比如以下两个方法

//提交事务
public final void commit()

//获取TransactionStatus
public final TransactionStatus getTransaction()

这两个方法都对于自己要实现的逻辑搭建了一个骨架，主要的功能是由抽象方法完成，由子类来完成。

抽象方法：事务管理器抽象类中的抽象方法定义了多个，分别用于处理不同的业务逻辑，由子类实现其中具体的逻辑。

//提交事务
protected abstract void doCommit(DefaultTransactionStatus status);

//回滚事务
protected abstract void doRollback(DefaultTransactionStatus status);

//开始事务
protected abstract void doBegin(Object transaction, TransactionDefinition definition)

//获取当前的事务对象
protected abstract Object doGetTransaction()