模板方法模式如何防止子类破坏父类流程不变量？

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模板方法模式依赖继承，最大风险是子类覆盖步骤时破坏父类不变量。防护手段包括：模板入口 final、关键步骤不可覆盖、抽象步骤契约写清楚、入参和返回值校验、限制可覆盖方法数量、使用钩子而不是任意覆盖、增加父类级测试和子类契约测试。若子类需要改动太多流程，说明不适合继续用模板方法。

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父类的不变量指流程必须始终满足的规则，例如：

导入前必须校验文件；
保存前必须完成去重；
资源打开后必须释放；
任务结束必须记录审计日志；
事务提交前不能发送外部通知。

模板方法通过父类控制流程来维护这些不变量。但子类如果能重写过多方法，就可能破坏这些规则。

public final void run() {
    lock();
    try {
        validate();
        doRun();
    } finally {
        unlock();
    }
}

这里 lock/unlock 不应该交给子类随便改，doRun 才是扩展点。

记忆钩子：模板方法最怕“父类定规矩，子类开后门”。

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面试提示：子类破坏不变量时，重点不是责怪子类，而是检查模板是否把关键约束留给了可覆盖方法。

一、什么是不变量

不变量就是无论哪个子类执行，都必须成立的约束。

例如批处理任务：

获取锁 -> 校验参数 -> 执行业务 -> 记录结果 -> 释放锁

无论是导入用户、同步订单还是生成报表，都不能跳过释放锁。这就是父类要保护的不变量。

二、子类破坏不变量的常见方式

常见破坏方式包括：

破坏方式	后果
重写模板入口	跳过关键步骤
返回非法结果	父类后续步骤异常
修改共享字段	影响其他步骤
吞掉异常	父类无法回滚或告警
调用外部副作用	事务和一致性失控

继承让子类有很强能力，所以边界必须收紧。

三、模板入口 final 是第一道防线

public final JobResult execute(JobContext context) {
    check(context);
    before(context);
    JobResult result = doExecute(context);
    after(context, result);
    return result;
}

子类不能改整体顺序，只能实现 doExecute。这样父类至少能保证校验、前置、后置都执行。

四、关键步骤不要开放覆盖

并不是所有步骤都要 protected。关键流程可写成 private：

private void auditStart(JobContext context) {
    auditRepository.save(...);
}

如果子类不应该改变审计逻辑，就不要给它覆盖机会。扩展点越少，流程越稳。

五、抽象步骤要写清契约

抽象方法不是只写名字：

protected abstract List<Row> parse(File file);

还要约定：

不能返回 null；
不允许修改入参；
解析失败要抛指定异常；
返回 rows 必须已完成字段标准化；
不允许在此步骤直接写数据库。

这些契约可以写在注释、接口文档和测试里。

六、父类要做防御式校验

不要完全相信子类：

List<Row> rows = parse(file);
if (rows == null) {
    throw new IllegalStateException("parse result must not be null");
}

也可以校验返回数量、状态、版本号、必填字段。父类校验能让错误更早暴露。

七、子类变化太大时应停止使用模板方法

如果某个子类需要跳过校验、改变顺序、替换事务边界、改异常策略，这说明它和父类流程不再是同一个模板。

此时可以：

新建另一个模板父类；
改成策略模式；
使用组合编排；
拆成多个小流程。

不要靠越来越多的钩子把父类变成条件迷宫。

八、常见误区与追问

误区：子类越自由，模板方法越灵活。 子类过度自由会破坏父类流程不变量。
误区：所有父类方法都 protected，方便扩展。 这会让关键步骤也暴露给子类破坏。
误区：抽象方法不用写契约。 子类不知道返回值、异常和副作用边界，就很容易写错。
误区：父类不需要校验子类结果。 父类应对关键返回值做防御式检查。
追问：如何发现子类破坏流程？ 看是否重写入口、跳过步骤、吞异常、改共享状态、做外部副作用。
追问：钩子太多怎么办？ 拆模板、改策略或组合，不要继续往父类塞条件。
追问：模板方法如何测试不变量？ 对父类写通用测试，对每个子类跑契约测试，验证关键步骤必执行。

九、加强记忆

不变量是所有子类都必须遵守的流程规则。
模板入口 final 防止子类改顺序。
关键步骤 private 或 final，不随便 protected。
抽象步骤要有清楚契约。
父类要校验子类返回值和异常边界。
子类差异太大时换模式，不硬塞模板。

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