Java 設計模式：範本方法模式深度解析與實戰應用

前言

範本方法模式屬於行為型模式，核心思想：在父類定義演算法骨架 (步驟順序)，將變化步驟延遲到子類實作。本文解析模式結構、關鍵角色、Java 實作、好萊塢原則、實戰場景 (Spring JdbcTemplate、Servlet、輸入驗證流程) 與優缺點。

模式結構與角色

核心程式碼骨架

public abstract class DataProcessor {
    // 範本方法：final 防止子類覆寫改變流程
    public final void process() {
        readData();      // 步驟 1: 讀取 (可變)
        validateData();  // 步驟 2: 驗證 (可變)
        transformData(); // 步驟 3: 轉換 (可變)
        writeData();     // 步驟 4: 寫入 (可變)
        cleanup();       // 步驟 5: 清理 (固定，可提供預設實作)
    }
    
    // 基本方法：抽象/具體/鉤子
    protected abstract void readData();
    protected abstract void validateData();
    protected abstract void transformData();
    protected abstract void writeData();
    
    // 鉤子方法：預設空實作，子類可選擇性覆寫
    protected void cleanup() {}
}

具體子類實作

public class CsvProcessor extends DataProcessor {
    @Override protected void readData() {
        System.out.println("讀取 CSV 檔案...");
    }
    @Override protected void validateData() {
        System.out.println("驗證 CSV 格式、必填欄位...");
    }
    @Override protected void transformData() {
        System.out.println("轉換為領域物件...");
    }
    @Override protected void writeData() {
        System.out.println("寫入資料庫...");
    }
    @Override protected void cleanup() {
        System.out.println("關閉 CSV 讀取器...");
    }
}

public class JsonProcessor extends DataProcessor {
    @Override protected void readData() { System.out.println("讀取 JSON..."); }
    @Override protected void validateData() { System.out.println("驗證 JSON Schema..."); }
    @Override protected void transformData() { System.out.println("反序列化..."); }
    @Override protected void writeData() { System.out.println("發送到消息佇列..."); }
}

客戶端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        DataProcessor p1 = new CsvProcessor();
        p1.process();  // 執行完整流程
        
        DataProcessor p2 = new JsonProcessor();
        p2.process();
    }
}

關鍵設計要點

1. 範本方法加 final：鎖定演算法骨架，防止子類破壞流程順序。
2. 基本方法分類：
    抽象方法：子類必須實作。
    具體方法：父類提供預設，子類可覆寫。
    鉤子方法：預設空實作，子類決定是否介入 (如 cleanup)。
3. 好萊塢原則：「Don't call us, we'll call you.」父類呼叫子類方法，控制權在父類。
4. 存取修飾符：基本方法通常 protected，僅供子類/同包使用；範本方法 public 供客戶端呼叫。

實戰場景

1. Spring JdbcTemplate

// 範本方法: execute(query, resultSetExtractor)
// 基本方法: doInPreparedStatement(ps), extractData(rs)
jdbcTemplate.query("SELECT * FROM user", new RowMapper<User>() {
    public User mapRow(ResultSet rs, int rowNum) { ... }  // 子類實作
});

2. HttpServlet

// 範本方法: service(req, resp) (final)
// 基本方法: doGet, doPost, doPut, doDelete...
// 子類覆寫 doGet/doPost 實作具體邏輯

3. 輸入驗證流程

public abstract class Validator {
    public final ValidationResult validate(Input input) {
        if (!checkNull(input)) return invalid("非空");
        if (!checkFormat(input)) return invalid("格式");
        if (!checkBusiness(input)) return invalid("業務規則");
        return valid();
    }
    protected boolean checkNull(Input i) { return i != null; }
    protected abstract boolean checkFormat(Input i);
    protected abstract boolean checkBusiness(Input i);
}

優缺點總結

現代替代方案

• 策略模式 + 組合：將每個步驟封裝為 Strategy 介面，流程類組合策略列表，支援執行時動態組裝。
• 責任鏈模式：每個步驟為一個 Handler，鏈式傳遞，可動態增減/重排步驟。
• Java 8+ 函數式介面：基本方法改為 Function/Function<T,R> 參數，避免建立子類。

總結

範本方法模式以「骨架固定、細節延遲」實現流程復用與擴展平衡。理解其結構、好萊塢原則、鉤子方法設計，能在框架開發、流程型業務 (ETL、訂單處理、驗證鏈) 中靈活應用。現代開發建議搭配組合/函數式手法，避免過深繼承體系。