Java模板方法设计模式中，如何确保子类不覆盖父类的关键逻辑？

Question

在Java模板方法设计模式中，如何防止子类覆盖父类的关键逻辑？ 模板方法模式通过定义一个算法骨架，将部分步骤延迟到子类实现。但若关键逻辑被子类意外覆盖，可能导致行为异常。为避免此问题，可将父类中不应被覆盖的方法声明为`final`。例如，`final void criticalMethod()`确保该方法无法被重写，从而保护核心逻辑的完整性。同时，可通过钩子方法（Hook Method）提供扩展点，让子类在不影响关键逻辑的情况下自定义行为。这种设计既保持了灵活性，又确保了父类的核心功能不被破坏。如何合理使用`final`和钩子方法，是实现安全模板方法模式的关键技术挑战。

Answer 1

1. 模板方法设计模式基础

模板方法设计模式是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，并将某些步骤延迟到子类实现。这种模式的核心思想是通过父类控制整体流程，而子类负责具体实现。

然而，在实际开发中，如果子类意外覆盖了父类的关键逻辑，可能会导致系统行为异常。例如，假设父类中有一个核心方法 `process()`，其逻辑必须保持不变，但如果子类重新定义了该方法，则可能导致整个算法失效。

• 模板方法模式的核心在于父类定义流程。
• 子类负责实现部分细节，但不能破坏父类的关键逻辑。

2. 使用`final`保护关键逻辑

为防止子类覆盖父类的关键逻辑，可以将这些方法声明为`final`。这样，子类无法重写这些方法，从而确保父类的核心功能不被破坏。

public abstract class Template {
    // 关键逻辑方法声明为final
    final void criticalMethod() {
        System.out.println("这是父类中的关键逻辑，不可被覆盖！");
    }

    // 抽象方法，由子类实现
    abstract void customMethod();

    // 模板方法，定义算法骨架
    final void templateMethod() {
        criticalMethod();
        customMethod();
    }
}
    

在上述代码中，`criticalMethod()` 被声明为 `final`，因此子类无法覆盖该方法，从而保护了父类的关键逻辑。

3. 钩子方法提供扩展点

虽然使用 `final` 可以保护关键逻辑，但完全限制子类的行为可能会降低灵活性。为了解决这一问题，可以通过钩子方法（Hook Method）提供扩展点。

钩子方法通常是一个空方法或默认实现的方法，子类可以选择性地覆盖这些方法，而不影响父类的核心逻辑。

方法类型	描述	示例
关键逻辑方法	父类中定义的核心逻辑，不可被覆盖。	`final void criticalMethod()`
钩子方法	允许子类自定义行为，不影响核心逻辑。	`void hookMethod()`

4. 设计安全模板方法的综合策略

结合 `final` 和钩子方法，可以设计出既灵活又安全的模板方法模式。以下是一个完整的示例：

public abstract class SafeTemplate {
    // 不可覆盖的关键逻辑
    final void criticalLogic() {
        System.out.println("执行父类的关键逻辑...");
    }

    // 钩子方法，允许子类扩展
    void hookMethod() {
        // 默认实现为空
    }

    // 模板方法，定义算法骨架
    final void execute() {
        criticalLogic(); // 执行关键逻辑
        hookMethod();    // 执行钩子方法
    }
}

// 子类实现
public class ConcreteTemplate extends SafeTemplate {
    @Override
    void hookMethod() {
        System.out.println("子类扩展逻辑...");
    }
}
    

在上述设计中，`criticalLogic()` 是父类的关键逻辑，无法被子类覆盖；而 `hookMethod()` 则允许子类自由扩展，从而实现了灵活性与安全性的平衡。

5. 流程图：模板方法执行流程

sequenceDiagram
            participant Parent as 父类
            participant Child as 子类
            Parent->>Child: 调用模板方法
            Parent->>Parent: 执行关键逻辑(criticalLogic)
            Parent->>Child: 执行钩子方法(hookMethod)
            Child-->>Parent: 返回结果

通过流程图可以看出，父类首先执行关键逻辑，然后调用子类的钩子方法，从而保证了核心功能的安全性。