傻傻分不清楚：模板方法模式与回调函数

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-02-14 15:55 82阅读 0赞

## 模板方法模式 ##

模板方法模式（Template Method Pattern）是设计模式中比较简单的一种，但在工作中使用的场景却比较多，其基本定义如下：

Define the skeleton of an algorithm in an operation,deferring some steps tosubclasses.Template Method lets subclasses redefine certain steps of analgorithm without changing the algorithm’s structure.（定义一个操作中的算法的框架，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即可重定义该算法的某些特定步骤）

模板模式有两大作用：复用和扩展，其核心要义在于，搭好一个框架，但部分操作由子类实现，类图如下：

![2020060620432435.png][]

代码示例：

public abstract class AbstractClass { 
      public final void templateMethod() { 
        //...
        method1();
        //...
        method2();
        //...
      }
      
      protected abstract void method1();
      protected abstract void method2();
    }
    
    
    public abstract class AbstractClass { 
      // 共同的且繁琐的操作
        private void baseOperation() { 
            // do something
        }
      
      // 由子类定制的操作
        protected abstract void customOperation();
        
        // 模板方法定义的框架
        public final void templateMethod() { 
            baseOperation();
            customOperation();
        }
    }
    
    
    public class ConcreteClass1 extends AbstractClass { 
      @Override
      protected void customOperation() { 
        //...
      }
    }
    
    public class ConcreteClass2 extends AbstractClass { 
      @Override
      protected void customOperation() { 
        //...
      }
    }
    
    AbstractClass demo = ConcreteClass1();
    demo.templateMethod();

Java IO类库中的很多类都用到了模板方法模式，拿InputStream来举例说明。

public abstract class InputStream implements Closeable { 
      //...省略其他代码...
      
      public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException { 
        if (b == null) { 
          throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) { 
          throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) { 
          return 0;
        }
    
        int c = read();
        if (c == -1) { 
          return -1;
        }
        b[off] = (byte)c;
    
        int i = 1;
        try { 
          for (; i < len ; i++) { 
            c = read();
            if (c == -1) { 
              break;
            }
            b[off + i] = (byte)c;
          }
        } catch (IOException ee) { 
        }
        return i;
      }
      
      public abstract int read() throws IOException;
    }

在代码中，read()函数是一个模板方法，定义了读取数据的整个流程，并且暴露了一个可以由子类来定制的抽象方法。不过这个方法也被命名为了read()，只是参数跟模板方法不同。

ByteArrayInputStream类继承了InputStream类，定义了read()函数。

public class ByteArrayInputStream extends InputStream { 
      //...省略其他代码...
      
      @Override
      public synchronized int read() { 
        return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1;
      }
    }

模板方法模式的优点：

*  封装不变部分，扩展可变部分，把认为是不变部分的算法封装到父类实现，而可变部分的则可以通过继承来继续扩展
 *  提取公共部分代码，便于维护
 *  符合开闭原则，行为由父类控制，而基本方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展的方式增加相应的功能

模板方法模式的缺点：

*  由子类实现，子类执行的结果影响了父类的结果，也就是子类对父类产生了影响
 *  可能引起子类泛滥和为了继承而继承的问题

## 回调 ##

复用和扩展是模板模式的两大作用，实际上，还有另外一个技术也能起到跟模板模式相同的作用，那就是回调（Callback）。

由于模板方法模式存在子类影响父类以及继承泛滥的缺点，为了解决这两个问题，利用回调函数代替子类继承是一个很好的解决方案。其类图如下：  
![20200606204402798.png][]

此时，Template类仍然只是提供了一个框架，其基本功能和AbstractClass类似，不同之处在于，Template不是抽象类，而是一个具体类（一般声明为final类），其代码如下：

public final class Template { 
    
      private void baseOperation() { 
      }
    
      public void templateMethod(Callback callback) { 
        baseOperation();
        callback.customOperation();
      }
    }

Callback及其子类代码如下：

public interface Callback { 
      void customOperation();
    }
    
    public SubCallback implements Callback { 
      @Override
      public void customOperation() { 
        //do custom things
      }
    }

客户端类变化也很小，其代码如下：

//客户端代码
    public Client { 
    
      public static void main(String[] args) { 
        Template template = new Template();
        applyTemplate(template)
    
      }
    
    
      public static void applyTemplate(Template template) { 
        Callback callback = new SubCallback();
        template.templateMethod(callback);
    
      }
    }

这里结合回调函数以后，Template是一个稳定的final类，无法被继承，不存在子类行为影响父类结果的问题，而Callback是一个接口，为了继承而继承的问题消失了。

实际上，回调不仅可以应用在代码设计上，在更高层次的架构设计上也比较常用。比如，通过三方支付系统来实现支付功能，用户在发起支付请求之后，一般不会一直阻塞到支付结果返回，而是注册回调接口（类似回调函数）给三方支付系统，等三方支付系统执行完成之后，将结果通过回调接口返回给用户。

回调可以分为同步回调和异步回调（或者延迟回调）。同步回调指在函数返回之前执行回调函数；异步回调指的是在函数返回之后执行回调函数。上面的代码实际上是同步回调的实现方式，在templateMethod() 函数返回之前，执行完回调函数 customOperation()。而上面支付的例子是异步回调的实现方式，发起支付之后不需要等待回调接口被调用就直接返回。从应用场景上来看，同步回调看起来更像模板模式，异步回调看起来更像观察者模式。

Spring提供了很多Template类，比如JdbcTemplate、RedisTemplate、RestTemplate。尽管都叫作xxxTemplate，但它们并非基于模板模式来实现的，而是基于回调来实现的，确切地说应该是同步回调。而同步回调从应用场景上很像模板模式，所以，在命名上，这些类使用Template（模板）这个单词作为后缀。这些Template类的设计思路都很相近。

以JdbcTemplate来举例，再看JdbcTemplate类之前，先了解下直接使用JDBC来编写操作数据库究竟有多复杂

public class JdbcDemo { 
    
      public User queryUser(long id) { 
        Connection conn = null;
        Statement stmt = null;
        try { 
          //1.加载驱动
          Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
          conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/demo", "xzg", "xzg");
    
          //2.创建statement类对象，用来执行SQL语句
          stmt = conn.createStatement();
    
          //3.ResultSet类，用来存放获取的结果集
          String sql = "select * from user where id=" + id;
          ResultSet resultSet = stmt.executeQuery(sql);
    
          String eid = null, ename = null, price = null;
    
          while (resultSet.next()) { 
            User user = new User();
            user.setId(resultSet.getLong("id"));
            user.setName(resultSet.getString("name"));
            user.setTelephone(resultSet.getString("telephone"));
            return user;
          }
        } catch (ClassNotFoundException e) { 
          // TODO: log...
        } catch (SQLException e) { 
          // TODO: log...
        } finally { 
          if (conn != null)
            try { 
              conn.close();
            } catch (SQLException e) { 
              // TODO: log...
            }
          if (stmt != null)
            try { 
              stmt.close();
            } catch (SQLException e) { 
              // TODO: log...
            }
        }
        return null;
      }
    }

queryUser()函数包含很多流程性质的代码，跟业务无关，比如加载驱动、创建数据库连接、创建statement、关闭连接、关闭statement、处理异常。针对不同的SQL执行请求，这些流程性质的代码是相同的、可以复用的，我们不需要每次都重新敲一遍。

针对这个问题，Spring提供了JdbcTemplate，对JDBC进一步封装，来简化数据库编程。使用JdbcTemplate查询用户信息，我们只需要编写跟这个业务有关的代码，其中包括查询用户的SQL语句、查询结果与User对象之间的映射关系。其他流程性质的代码都封装在了JdbcTemplate类中，不需要我们每次都重新编写。用JdbcTemplate重写上面的例子，代码简单了很多：

public class JdbcTemplateDemo { 
    
      private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    
      public User queryUser(long id) { 
        String sql = "select * from user where id="+id;
        return jdbcTemplate.query(sql, new UserRowMapper()).get(0);
      }
    
      class UserRowMapper implements RowMapper<User> { 
    
        public User mapRow(ResultSet rs, int rowNum) throws SQLException { 
          User user = new User();
          user.setId(rs.getLong("id"));
          user.setName(rs.getString("name"));
          user.setTelephone(rs.getString("telephone"));
          return user;
        }
      }
    }

JdbcTemplate代码很多，这里摘抄部分相关代码如下，其中JdbcTemplate通过回调机制，将不变的执行流程抽离出来，放到模板方法execute()中，将可变的部分设计成回调StatementCallback，由用户定制。query()函数是对execute()函数的二次封装，让接口用起来更加方便。

public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations { 
    
    	public JdbcTemplate() { 
    	}
    
    	public JdbcTemplate(DataSource dataSource) { 
    		setDataSource(dataSource);
    		afterPropertiesSet();
    	}
    
    	public JdbcTemplate(DataSource dataSource, boolean lazyInit) { 
    		setDataSource(dataSource);
    		setLazyInit(lazyInit);
    		afterPropertiesSet();
    	}
    
    	public void setNativeJdbcExtractor(NativeJdbcExtractor extractor) { 
    		this.nativeJdbcExtractor = extractor;
    	}
    
    	
    	public NativeJdbcExtractor getNativeJdbcExtractor() { 
    		return this.nativeJdbcExtractor;
    	}
    
    
    	// Methods dealing with a plain java.sql.Connection
    	@Override
    	public <T> T execute(ConnectionCallback<T> action) throws DataAccessException { 
    		Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");
    
    		Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
    		try { 
    			Connection conToUse = con;
    			if (this.nativeJdbcExtractor != null) { 
    				// Extract native JDBC Connection, castable to OracleConnection or the like.
    				conToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeConnection(con);
    			} else { 
    				// Create close-suppressing Connection proxy, also preparing returned Statements.
    				conToUse = createConnectionProxy(con);
    			}
    			return action.doInConnection(conToUse);
    		}
    		catch (SQLException ex) { 
    			// Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock
    			// in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.
    			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    			con = null;
    			throw getExceptionTranslator().translate("ConnectionCallback", getSql(action), ex);
    		}
    		finally { 
    			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    		}
    	}
    
    	
    	protected Connection createConnectionProxy(Connection con) { 
    		return (Connection) Proxy.newProxyInstance(
    				ConnectionProxy.class.getClassLoader(),
    				new Class<?>[] { ConnectionProxy.class},
    				new CloseSuppressingInvocationHandler(con));
    	}
    
    
    	@Override
    	public <T> T execute(StatementCallback<T> action) throws DataAccessException { 
    		Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");
    
    		Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
    		Statement stmt = null;
    		try { 
    			Connection conToUse = con;
    			if (this.nativeJdbcExtractor != null &&
    					this.nativeJdbcExtractor.isNativeConnectionNecessaryForNativeStatements()) { 
    				conToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeConnection(con);
    			}
    			stmt = conToUse.createStatement();
    			applyStatementSettings(stmt);
    			Statement stmtToUse = stmt;
    			if (this.nativeJdbcExtractor != null) { 
    				stmtToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeStatement(stmt);
    			}
    			T result = action.doInStatement(stmtToUse);
    			handleWarnings(stmt);
    			return result;
    		}
    		catch (SQLException ex) { 
    			// Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock
    			// in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.
    			JdbcUtils.closeStatement(stmt);
    			stmt = null;
    			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    			con = null;
    			throw getExceptionTranslator().translate("StatementCallback", getSql(action), ex);
    		}
    		finally { 
    			JdbcUtils.closeStatement(stmt);
    			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    		}
    	}
    
    	@Override
    	public void execute(final String sql) throws DataAccessException { 
    		if (logger.isDebugEnabled()) { 
    			logger.debug("Executing SQL statement [" + sql + "]");
    		}
    
    		class ExecuteStatementCallback implements StatementCallback<Object>, SqlProvider { 
    			@Override
    			public Object doInStatement(Statement stmt) throws SQLException { 
    				stmt.execute(sql);
    				return null;
    			}
    			@Override
    			public String getSql() { 
    				return sql;
    			}
    		}
    
    		execute(new ExecuteStatementCallback());
    	}
    
    	@Override
    	public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException { 
    		Assert.notNull(sql, "SQL must not be null");
    		Assert.notNull(rse, "ResultSetExtractor must not be null");
    		if (logger.isDebugEnabled()) { 
    			logger.debug("Executing SQL query [" + sql + "]");
    		}
    
    		class QueryStatementCallback implements StatementCallback<T>, SqlProvider { 
    			@Override
    			public T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException { 
    				ResultSet rs = null;
    				try { 
    					rs = stmt.executeQuery(sql);
    					ResultSet rsToUse = rs;
    					if (nativeJdbcExtractor != null) { 
    						rsToUse = nativeJdbcExtractor.getNativeResultSet(rs);
    					}
    					return rse.extractData(rsToUse);
    				}
    				finally { 
    					JdbcUtils.closeResultSet(rs);
    				}
    			}
    			@Override
    			public String getSql() { 
    				return sql;
    			}
    		}
    
    		return execute(new QueryStatementCallback());
    	}
    
    	@Override
    	public void query(String sql, RowCallbackHandler rch) throws DataAccessException { 
    		query(sql, new RowCallbackHandlerResultSetExtractor(rch));
    	}
    
    	@Override
    	public <T> List<T> query(String sql, RowMapper<T> rowMapper) throws DataAccessException { 
    		return query(sql, new RowMapperResultSetExtractor<T>(rowMapper));
    	}
    
    	@Override
    	public Map<String, Object> queryForMap(String sql) throws DataAccessException { 
    		return queryForObject(sql, getColumnMapRowMapper());
    	}
    
    	@Override
    	public <T> T queryForObject(String sql, RowMapper<T> rowMapper) throws DataAccessException { 
    		List<T> results = query(sql, rowMapper);
    		return DataAccessUtils.requiredSingleResult(results);
    	}
    
    	@Override
    	public <T> List<T> queryForList(String sql, Class<T> elementType) throws DataAccessException { 
    		return query(sql, getSingleColumnRowMapper(elementType));
    	}
    
    	@Override
    	public List<Map<String, Object>> queryForList(String sql) throws DataAccessException { 
    		return query(sql, getColumnMapRowMapper());
    	}
    
    	//...
    }

## 模板方法模式VS回调 ##

从应用场景上来看，同步回调跟模板模式几乎一致。它们都是在一个大的算法骨架中，自由替换其中的某个步骤，起到代码复用和扩展的目的。而异步回调跟模板模式有较大差别，更像是观察者模式。

从代码实现上来看，回调和模板模式完全不同。**回调基于组合关系来实现，把一个对象传递给另一个对象，是一种对象之间的关系；模板模式基于继承关系来实现，子类重写父类的抽象方法，是一种类之间的关系**。

根据软件开发的原则，**组合优于继承**，在代码实现上，回调相对于模板模式会更加灵活，主要体现在下面几点：

*  像Java这种只支持单继承的语言，基于模板模式编写的子类，已经继承了一个父类，不再具有继承的能力。
 *  回调可以使用匿名类来创建回调对象，可以不用事先定义类；而模板模式针对不同的实现都要定义不同的子类。
 *  如果某个类中定义了多个模板方法，每个方法都有对应的抽象方法，那即便我们只用到其中的一个模板方法，子类也必须实现所有的抽象方法。而回调就更加灵活，我们只需要往用到的模板方法中注入回调对象即可。

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