Java模板方法结合工厂模式设计时，如何动态选择算法步骤并创建具体产品？

Question

在Java模板方法结合工厂模式设计中，如何根据不同的业务场景动态选择算法步骤并创建对应的具体产品？

Answer 1

1. 什么是模板方法与工厂模式

模板方法（Template Method）和工厂模式（Factory Pattern）是设计模式中的两种经典模式。模板方法定义了一个算法的骨架，将具体步骤延迟到子类中实现；而工厂模式则提供了一种创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。

在Java开发中，结合这两种模式可以灵活地根据业务场景动态选择算法步骤并创建对应的具体产品。

• 模板方法：通过抽象类定义步骤框架。
• 工厂模式：动态创建不同的具体产品。

2. 结合模板方法与工厂模式的设计思路

为了实现动态选择算法步骤并创建具体产品，我们可以按照以下步骤进行设计：

1. 定义一个抽象类，使用模板方法规定算法的执行顺序。
2. 在抽象类中引入工厂方法，用于动态创建具体产品。
3. 每个具体子类实现具体的算法步骤，并通过工厂方法返回对应的产品实例。

例如，在电商系统中，支付方式可能有多种（如信用卡、支付宝、微信），每种支付方式的步骤类似但细节不同。

3. 示例代码

abstract class PaymentProcessor {
    // 模板方法
    public final void processPayment() {
        validate();
        authenticate();
        charge();
        sendReceipt();
    }

    protected abstract void validate(); // 抽象方法
    protected abstract void authenticate(); // 抽象方法
    protected abstract void charge(); // 抽象方法

    // 工厂方法
    protected Receipt createReceipt() {
        return new DefaultReceipt();
    }

    private void sendReceipt() {
        Receipt receipt = createReceipt();
        System.out.println("Sending receipt: " + receipt);
    }
}

class CreditCardPayment extends PaymentProcessor {
    @Override
    protected void validate() {
        System.out.println("Validating credit card...");
    }

    @Override
    protected void authenticate() {
        System.out.println("Authenticating credit card...");
    }

    @Override
    protected void charge() {
        System.out.println("Charging credit card...");
    }

    @Override
    protected Receipt createReceipt() {
        return new CreditCardReceipt();
    }
}

interface Receipt {}
class DefaultReceipt implements Receipt {}
class CreditCardReceipt implements Receipt {}
    

4. 流程图展示

以下是模板方法结合工厂模式的整体流程图：

sequenceDiagram
        participant Client
        participant PaymentProcessor
        participant CreditCardPayment
        participant Receipt
        Client->>PaymentProcessor: Call processPayment()
        PaymentProcessor->>CreditCardPayment: Delegate to subclass
        CreditCardPayment->>CreditCardPayment: validate()
        CreditCardPayment->>CreditCardPayment: authenticate()
        CreditCardPayment->>CreditCardPayment: charge()
        CreditCardPayment->>Receipt: createReceipt()
        Receipt-->>PaymentProcessor: Return receipt
        PaymentProcessor-->>Client: Complete processing

5. 常见问题分析

问题	解决方案
如何扩展新的支付方式？	新增一个继承自PaymentProcessor的具体类，并重写相关方法。
如果某些步骤不需要执行怎么办？	在具体子类中提供空实现或条件判断逻辑。
如何保证算法步骤的顺序？	通过模板方法固定步骤顺序，子类无法改变。