什么是Java中的模板方法模式？请给出示例。Java中的设计模式有哪些？请列举几个并解释其应用场景。
什么是Java中的模板方法模式？请给出示例。
Java中的模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义算法的某些特定步骤。这种模式涉及到一个抽象类，这个类定义了一个或多个抽象操作，以便让子类实现。而模板方法定义了算法的骨架，它将调用这些抽象操作。
模板方法模式的主要组成部分：
-
抽象类（Abstract Class）：定义并实现了一个模板方法，这个模板方法通常是一个具体方法，它给出了一个算法轮廓和骨架。这个模板方法中包含了若干个基本操作，这些基本操作可以是具体的，也可以是抽象的，需要由子类实现。
-
具体类（Concrete Class）：实现或重写抽象类中的抽象方法，以完成算法中特定步骤的具体实现。
示例
假设我们有一个场景，需要制作不同类型的咖啡，但制作咖啡的基本步骤（研磨咖啡豆、冲泡、倒入杯子等）是相似的，只是在研磨咖啡豆的粗细程度和冲泡时间等细节上有所不同。我们可以使用模板方法模式来设计这个系统。
// 抽象类，定义了制作咖啡的模板方法 | |
abstract class Coffee { | |
// 模板方法 | |
final void prepareRecipe() { | |
boilWater(); | |
brew(); | |
pourInCup(); | |
if (wantsMilk()) { | |
addMilk(); | |
} | |
} | |
// 抽象方法，由子类实现 | |
abstract void brew(); | |
// 钩子方法，可以被子类覆盖 | |
boolean wantsMilk() { | |
return true; | |
} | |
// 具体方法 | |
void boilWater() { | |
System.out.println("Boiling water"); | |
} | |
void pourInCup() { | |
System.out.println("Pouring into cup"); | |
} | |
void addMilk() { | |
System.out.println("Adding milk"); | |
} | |
} | |
// 具体类，实现抽象方法 | |
class Espresso extends Coffee { | |
@Override | |
void brew() { | |
System.out.println("Dripping Espresso through fine ground coffee"); | |
} | |
// 重写钩子方法 | |
@Override | |
boolean wantsMilk() { | |
return false; | |
} | |
} | |
// 另一个具体类 | |
class HouseBlend extends Coffee { | |
@Override | |
void brew() { | |
System.out.println("Dripping House Blend through coarse ground coffee"); | |
} | |
} | |
// 使用 | |
public class TemplateMethodPatternDemo { | |
public static void main(String[] args) { | |
Coffee espresso = new Espresso(); | |
espresso.prepareRecipe(); | |
Coffee houseBlend = new HouseBlend(); | |
houseBlend.prepareRecipe(); | |
} | |
} |
在这个例子中，Coffee类是一个抽象类，它定义了制作咖啡的模板方法prepareRecipe。brew是一个抽象方法，需要子类具体实现。wantsMilk是一个钩子方法，它有一个默认实现，但可以被子类覆盖以改变默认行为。Espresso和HouseBlend是Coffee类的具体子类，它们分别实现了brew方法，并且Espresso类还覆盖了wantsMilk方法来指定不需要加牛奶。
通过这种方式，模板方法模式允许我们在不改变算法结构的情况下，通过继承来扩展算法的具体步骤。
Java中的设计模式有哪些？请列举几个并解释其应用场景。
Java中的设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。设计模式分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。以下是每类中几个常见的设计模式及其应用场景：
创建型模式
- 单例模式（Singleton）
- 应用场景：当类只能有一个实例，且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。比如，配置文件的读取，应用中的缓存等。
- 工厂方法模式（Factory Method）
- 应用场景：当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候，或当类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。例如，日志记录器的创建，根据不同的配置创建不同类型的日志记录器。
- 抽象工厂模式（Abstract Factory）
- 应用场景：当需要创建一系列相互关联或相互依赖的对象，且这些对象属于一个共同的家族时。例如，一个文本编辑器可能支持多种文件格式（如RTF、HTML等），每种格式的实现可能不同，但每种格式的实现都需要文档对象、视图对象等。
结构型模式
- 适配器模式（Adapter）
- 应用场景：当需要将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口时。例如，旧系统需要与新系统交互，但两者接口不兼容，可以通过适配器模式让旧系统通过适配器与新系统交互。
- 代理模式（Proxy）
- 应用场景：当需要为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问时。例如，远程代理，用于控制远程对象的访问；保护代理，用于控制对敏感对象的访问；虚拟代理，用于在真正需要对象时才创建对象。
- 桥接模式（Bridge）
- 应用场景：当需要将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立地变化时。例如，在图形编辑器中，图形的形状和颜色是两个可以独立变化的维度，使用桥接模式可以方便地实现它们的分离和独立变化。
行为型模式
- 观察者模式（Observer）
- 应用场景：当一个对象（目标对象）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。例如，实现一个事件监听系统，当某个事件发生时，所有订阅了该事件的监听器都会得到通知。
- 策略模式（Strategy）
- 应用场景：当定义了一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。例如，不同的排序算法（快速排序、归并排序等）可以封装成不同的策略，并在需要时动态切换。
- 状态模式（State）
- 应用场景：当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为时。例如，一个电梯的状态（空闲、上行、下行、开门、关门）会影响其响应按钮请求的方式。
这些设计模式在Java及其他面向对象编程语言中广泛应用，它们帮助开发者以更加灵活、可维护的方式设计和实现软件。