模板方法设计模式是一种行为设计模式，它在父类中定义了一个算法的框架，允许子类在不改变算法结构的情况下覆盖算法的某些步骤。

模板方法设计模式的组成部分：

1. 抽象类(Abstract Class): 定义了一系列的步骤（方法），并实现了一个模板方法。这个模板方法按顺序执行这些步骤。步骤中的一部分可能是抽象的，这些需要由子类提供具体实现。
2. 具体类(Concrete Class): 继承自抽象类，并实现了其抽象方法来完成特定的步骤。

模板方法设计模式的优点：

• 固定算法的骨架，减少代码冗余。
• 子类可以重新定义算法的某些特定步骤而不改变算法的结构。
• 具体实现步骤被分离到子类中，保持高层次结构的清晰和简洁。

使用场景

1. 固定流程的算法

当算法具有固定的步骤流程，且个别步骤在不同情况下可能有所不同时，可以使用模板方法。例如，在数据处理中常见的“读取-处理-写入”流程。

2. 代码复用

当多个类共享部分相同的逻辑，而这些逻辑的顺序又是固定的，可以将共通逻辑移至一个抽象基类中，并通过模板方法暴露出需要子类实现的抽象步骤。

3. 控制子类扩展点

当希望控制子类的扩展行为，确保子类只能改变某些特定的部分时，可以通过模板方法来规范这些扩展点，防止子类破坏原有算法的结构。

4. 钩子方法的使用

在某些情况下，算法的步骤可以是可选的。通过引入钩子（hook）方法，允许子类决定是否对某个步骤进行重写或扩展。

5. 高层组件定义算法框架

在软件架构中，高层组件可能会定义整体的处理框架，而将具体的实现细节留给底层组件去完成。这样可以更好地管理复杂系统中的代码复杂度和维护性。

实际应用示例

• 软件构建过程： 编译、链接、测试等步骤通常是固定的，但是对于不同类型的项目（如Java项目、C++项目），各个步骤的实现方式可能不同。
• Web页面渲染： 页面的加载通常遵循一定流程（如加载资源、渲染界面等），而具体每一步如何实现可能根据不同页面有所差异。
• 游戏中的AI行为： 游戏AI可能有一系列固定的决策流程（如感知环境、制定策略、执行动作），但是具体的策略和动作则由具体模型实现。

代码示例

假设我们有一个游戏应用程序，其中有一系列的游戏，每个游戏都有启动、玩和结束的标准流程。这个流程可以用模板方法设计模式来表示。

// 抽象类，代表游戏的通用模板
abstract class Game {
    // 模板方法，定义了游戏的运行流程
    final void playGame() {
        initialize();
        startPlay();
        endPlay();
    }

    // 初始化游戏
    abstract void initialize();

    // 开始玩游戏
    abstract void startPlay();

    // 结束游戏
    abstract void endPlay();
}

// 具体类，代表足球游戏
class FootballGame extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
    }

    @Override
    void startPlay() {
        System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
    }

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Football Game Finished!");
    }
}

// 具体类，代表篮球游戏
class BasketballGame extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Basketball Game Initialized! Start playing.");
    }

    @Override
    void startPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Started. Enjoy the game!");
    }

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Finished!");
    }
}