模板方法模式：为何使用抽象类而非接口

在模板方法设计模式（Template Method Pattern）中，抽象类扮演着关键角色。该模式定义了一个算法的骨架，将某些步骤的实现延迟到子类中。通过这种方式，子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。

为什么使用抽象类而不是接口？

  1. 部分实现的能力： 抽象类允许包含具体方法的实现，这使得它可以提供算法的通用部分实现。在模板方法模式中，抽象类定义了算法的骨架，并实现了那些在所有子类中都相同的部分。接口则只能声明方法，不能提供任何实现，因此无法直接用于需要部分实现的场景。

  2. 维护算法结构的完整性： 通过在抽象类中实现模板方法，并将其声明为final，可以防止子类修改算法的整体结构，确保算法的骨架保持不变。接口无法提供这种机制，因为它们不能包含方法实现。

  3. 共享代码： 抽象类允许在其中定义成员变量和具体方法，子类可以直接继承这些成员和方法，实现代码重用。接口中只能定义常量和抽象方法，无法提供共享的实现。

示例：

以下是一个使用模板方法模式的示例，展示如何通过抽象类来实现算法的骨架，并将可变部分延迟到子类中实现。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
// 抽象类，定义算法骨架
public abstract class DataProcessor {
    // 模板方法，定义算法的步骤
    public final void process() {
        readData();
        processData();
        writeData();
    }

    // 读取数据 - 所有子类共享的实现
    protected void readData() {
        System.out.println("Reading data from source");
    }

    // 处理数据 - 由子类实现
    protected abstract void processData();

    // 写入数据 - 所有子类共享的实现
    protected void writeData() {
        System.out.println("Writing data to destination");
    }
}

// 子类，实现特定的数据处理逻辑
public class TextDataProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    protected void processData() {
        System.out.println("Processing text data");
    }
}

public class ImageDataProcessor extends DataProcessor {
    @Override
    protected void processData() {
        System.out.println("Processing image data");
    }
}

// 使用示例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DataProcessor textProcessor = new TextDataProcessor();
        textProcessor.process();
        // 输出：
        // Reading data from source
        // Processing text data
        // Writing data to destination

        DataProcessor imageProcessor = new ImageDataProcessor();
        imageProcessor.process();
        // 输出：
        // Reading data from source
        // Processing image data
        // Writing data to destination
    }
}

在这个示例中：

  • 抽象类 DataProcessor 定义了算法的骨架，包括读取数据、处理数据和写入数据的步骤。

  • 模板方法 process() 定义了算法的执行顺序，并将其声明为final，防止子类修改。

  • 具体方法 readData() 和 writeData() 提供了所有子类共享的实现。

  • 抽象方法 processData() 由子类实现，以提供特定的数据处理逻辑。

通过使用抽象类，模板方法模式能够提供部分实现、维护算法结构的完整性，并实现代码共享。这些特性是接口所无法提供的，因此在实现模板方法模式时，抽象类是更适合的选择。