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模板模式与Callback回调函数有何区别和联系?

参考:模板模式(下):模板模式与Callback回调函数有何区别和联系?

模板模式常用在框架开发中,通过提供功能扩展点,让框架用户在不修改框架源码的情况下,基于扩展点定制化框架的功能。除此之外,模板模式还可以起到代码复用的作用。

复用和扩展是模板模式的两大作用,实际上,还有另外一个技术概念,也能起到跟模板模式相同的作用,那就是回调(Callback)。

回调的原理解析

相对于普通的函数调用来说,回调是一种双向调用关系。A 类事先注册某个函数 FB 类,A 类在调用 B 类的 P 函数的时候,B 类反过来调用 A 类注册给它的 F 函数。这里的 F 函数就是“回调函数”。A 调用 BB 反过来又调用 A,这种调用机制就叫作“回调”。

A 类如何将回调函数传递给 B 类呢?不同的编程语言,有不同的实现方法。C 语言可以使用函数指针,Java 则需要使用包裹了回调函数的类对象,简称为回调对象。这里用 Java 语言举例说明一下。代码如下所示:

public interface ICallback {
  void methodToCallback();
}

public class BClass {
  public void process(ICallback callback) {
    //...
    callback.methodToCallback();
    //...
  }
}

public class AClass {
  public static void main(String[] args) {
    BClass b = new BClass();
    b.process(new ICallback() { //回调对象
      @Override
      public void methodToCallback() {
        System.out.println("Call back me.");
      }
    });
  }
}

从代码实现中,我们可以看出,回调跟模板模式一样,也具有复用和扩展的功能。除了回调函数之外,BClass 类的 process() 函数中的逻辑都可以复用。如果 ICallbackBClass 类是框架代码,AClass 是使用框架的客户端代码,我们可以通过 ICallback 定制 process() 函数,也就是说,框架因此具有了扩展的能力。

实际上,回调不仅可以应用在代码设计上,在更高层次的架构设计上也比较常用。比如,通过三方支付系统来实现支付功能,用户在发起支付请求之后,一般不会一直阻塞到支付结果返回,而是注册回调接口(类似回调函数,一般是一个回调用的 URL)给三方支付系统,等三方支付系统执行完成之后,将结果通过回调接口返回给用户。

回调可以分为同步回调和异步回调(或者延迟回调)。同步回调指在函数返回之前执行回调函数;异步回调指的是在函数返回之后执行回调函数。上面的代码实际上是同步回调的实现方式,在 process() 函数返回之前,执行完回调函数 methodToCallback()。而上面支付的例子是异步回调的实现方式,发起支付之后不需要等待回调接口被调用就直接返回。从应用场景上来看,同步回调看起来更像模板模式,异步回调看起来更像观察者模式。

应用举例一:JdbcTemplate

JdbcTemplate 通过回调的机制,将不变的执行流程抽离出来,放到模板方法 execute() 中,将可变的部分设计成回调 StatementCallback,由用户来定制。query() 函数是对 execute() 函数的二次封装,让接口用起来更加方便。

@Override
public <T> List<T> query(String sql, RowMapper<T> rowMapper) throws DataAccessException {
 return query(sql, new RowMapperResultSetExtractor<T>(rowMapper));
}

@Override
public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {
 Assert.notNull(sql, "SQL must not be null");
 Assert.notNull(rse, "ResultSetExtractor must not be null");
 if (logger.isDebugEnabled()) {
  logger.debug("Executing SQL query [" + sql + "]");
 }

 class QueryStatementCallback implements StatementCallback<T>, SqlProvider {
  @Override
  public T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {
   ResultSet rs = null;
   try {
    rs = stmt.executeQuery(sql);
    ResultSet rsToUse = rs;
    if (nativeJdbcExtractor != null) {
     rsToUse = nativeJdbcExtractor.getNativeResultSet(rs);
    }
    return rse.extractData(rsToUse);
   }
   finally {
    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
   }
  }
  @Override
  public String getSql() {
   return sql;
  }
 }

 return execute(new QueryStatementCallback());
}

@Override
public <T> T execute(StatementCallback<T> action) throws DataAccessException {
 Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");

 Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
 Statement stmt = null;
 try {
  Connection conToUse = con;
  if (this.nativeJdbcExtractor != null &&
    this.nativeJdbcExtractor.isNativeConnectionNecessaryForNativeStatements()) {
   conToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeConnection(con);
  }
  stmt = conToUse.createStatement();
  applyStatementSettings(stmt);
  Statement stmtToUse = stmt;
  if (this.nativeJdbcExtractor != null) {
   stmtToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeStatement(stmt);
  }
  T result = action.doInStatement(stmtToUse);
  handleWarnings(stmt);
  return result;
 }
 catch (SQLException ex) {
  // Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock
  // in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.
  JdbcUtils.closeStatement(stmt);
  stmt = null;
  DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
  con = null;
  throw getExceptionTranslator().translate("StatementCallback", getSql(action), ex);
 }
 finally {
  JdbcUtils.closeStatement(stmt);
  DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
 }
}

应用举例二:setClickListener()

在客户端开发中,经常需要给控件注册事件监听器,比如下面这段代码,就是在 Android 应用开发中,给 Button 控件的点击事件注册监听器。

Button button = (Button)findViewById(R.id.button);
button.setOnClickListener(new OnClickListener() {
  @Override
  public void onClick(View v) {
    System.out.println("I am clicked.");
  }
});

从代码结构上来看,事件监听器很像回调,即传递一个包含回调函数(onClick())的对象给另一个函数。从应用场景上来看,它又很像观察者模式,即事先注册观察者(OnClickListener),当用户点击按钮的时候,发送点击事件给观察者,并且执行相应的 onClick() 函数。

回调分为同步回调和异步回调。这里的回调算是异步回调,我们往 setOnClickListener() 函数中注册好回调函数之后,并不需要等待回调函数执行。这也印证了我们前面讲的,异步回调比较像观察者模式。

模板模式 VS 回调

从应用场景上来看,同步回调跟模板模式几乎一致。它们都是在一个大的算法骨架中,自由替换其中的某个步骤,起到代码复用和扩展的目的。而异步回调跟模板模式有较大差别,更像是观察者模式。

从代码实现上来看,回调和模板模式完全不同。回调基于组合关系来实现,把一个对象传递给另一个对象,是一种对象之间的关系;模板模式基于继承关系来实现,子类重写父类的抽象方法,是一种类之间的关系。

前面提到,组合优于继承。实际上,这里也不例外。在代码实现上,回调相对于模板模式会更加灵活,主要体现在下面几点。

  • Java 这种只支持单继承的语言,基于模板模式编写的子类,已经继承了一个父类,不再具有继承的能力。

  • 回调可以使用匿名类来创建回调对象,可以不用事先定义类;而模板模式针对不同的实现都要定义不同的子类。

  • 如果某个类中定义了多个模板方法,每个方法都有对应的抽象方法,那即便我们只用到其中的一个模板方法,子类也必须实现所有的抽象方法。而回调就更加灵活,我们只需要往用到的模板方法中注入回调对象即可。

重点

回调跟模板模式具有相同的作用:代码复用和扩展。在一些框架、类库、组件等的设计中经常会用到。

相对于普通的函数调用,回调是一种双向调用关系。A 类事先注册某个函数 FB 类,A 类在调用 B 类的 P函数的时候,B 类反过来调用 A 类注册给它的 F函数。这里的 F 函数就是“回调函数”。A 调用 BB 反过来又调用 A,这种调用机制就叫作“回调”。

回调可以细分为同步回调和异步回调。从应用场景上来看,同步回调看起来更像模板模式,异步回调看起来更像观察者模式。回调跟模板模式的区别,更多的是在代码实现上,而非应用场景上。回调基于组合关系来实现,模板模式基于继承关系来实现,回调比模板模式更加灵活。


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