设计模式之命令模式

Posted 2021-08-09 二木成林

概述

在软件开发系统中，“方法的请求者”与“方法的实现者”之间经常存在紧密的耦合关系，这不利于软件功能的扩展与维护。例如，想对方法进行“撤销、重做、记录”等处理都很不方便，因此“如何将方法的请求者与实现者解耦？”变得很重要，命令模式就能很好地解决这个问题。

在现实生活中，命令模式的例子也很多。比如看电视时，我们只需要轻轻一按遥控器就能完成频道的切换，这就是命令模式，将换台请求和换台处理完全解耦了。电视机遥控器（命令发送者）通过按钮（具体命令）来遥控电视机（命令接收者）。

再比如，我们去餐厅吃饭，菜单不是等到客人来了之后才定制的，而是已经预先配置好的。这样，客人来了就只需要点菜，而不是任由客人临时定制。餐厅提供的菜单就相当于把请求和处理进行了解耦，这就是命令模式的体现。

命令（Command）模式的定义如下：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通，这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。

结构

可以将系统中的相关操作抽象成命令，使调用者与实现者相关分离，其结构如下。

命令模式包含以下主要角色：

• 抽象命令类（Command）角色： 定义命令的接口，声明执行的方法。

• 具体命令（Concrete Command）角色：具体的命令，实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。

• 实现者/接收者（Receiver）角色： 接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。

• 调用者/请求者（Invoker）角色： 要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。

其UML类图如下：

例：用命令模式实现客户去餐馆吃早餐的实例。客户去餐馆可选择的早餐有肠粉、河粉和馄饨等，客户可向服务员选择以上早餐中的若干种，服务员将客户的请求交给相关的厨师去做。这里的点早餐相当于“命令”，服务员相当于“调用者”，厨师相当于“接收者”，所以用命令模式实现比较合适。

• 首先，定义一个早餐类（Breakfast），它是抽象命令类，有抽象方法 cooking()，说明要做什么；
• 再定义其子类肠粉类（ChangFen）、馄饨类（HunTun）和河粉类（HeFen），它们是具体命令类，实现早餐类的 cooking() 方法，但它们不会具体做，而是交给具体的厨师去做；
• 具体厨师类有肠粉厨师（ChangFenChef）、馄饨厨师（HunTunChef）和河粉厨师（HeFenChef），他们是命令的接收者。

其UML类图如下：

各实现类代码如下：

• Breakfast.java

public interface Breakfast {
    // 烹饪早餐
    void cooking();
}

• ChangFen.java

public class ChangFen implements Breakfast {
    private ChangFenChef receiver;

    ChangFen() {
        receiver = new ChangFenChef();
    }

    @Override
    public void cooking() {
        receiver.cooking();
    }
}

• ChangFenChef.java

public class ChangFenChef {
    public void cooking(){
        System.out.println("煮肠粉");
    }
}

• HunTun.java

public class HunTun implements Breakfast{
    private HunTunChef receiver;

    HunTun(){
        receiver=new HunTunChef();
    }

    @Override
    public void cooking() {
        receiver.cooking();
    }
}

• HunTunChef.java

public class HunTunChef {
    public void cooking() {
        System.out.println("煮馄饨");
    }
}

• HeFen.java

public class HeFen implements Breakfast {

    private HeFenChef receiver;

    HeFen() {
        receiver = new HeFenChef();
    }

    @Override
    public void cooking() {
        receiver.cooking();
    }
}

• HeFenChef.java

public class HeFenChef {
    public void cooking() {
        System.out.println("煮肠粉");
    }
}

• Waiter.java

public class Waiter {
    private Breakfast changFen;
    private Breakfast hunTun;
    private Breakfast heFen;

    public void setChangFen(Breakfast changFen) {
        this.changFen = changFen;
    }

    public void setHunTun(Breakfast hunTun) {
        this.hunTun = hunTun;
    }

    public void setHeFen(Breakfast heFen) {
        this.heFen = heFen;
    }

    // 烹饪肠粉
    public void chooseChangFen() {
        changFen.cooking();
    }

    // 烹饪馄饨
    public void chooseHunTun() {
        hunTun.cooking();
    }

    // 烹饪河粉
    public void chooseHeFen() {
        heFen.cooking();
    }
}

• Test.java

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Breakfast changFen = new ChangFen();
        Breakfast hunTun = new HunTun();
        Breakfast heFen = new HeFen();
        Waiter waiter = new Waiter();
        waiter.setChangFen(changFen);
        waiter.setHunTun(hunTun);
        waiter.setHeFen(heFen);

        waiter.chooseChangFen();// 选择吃肠粉
        waiter.chooseHunTun();// 选择吃馄饨
        waiter.chooseHeFen();// 选择吃河粉
    }
}

优缺点

命令模式的主要优点如下。

1. 通过引入中间件（抽象接口）降低系统的耦合度。
2. 扩展性良好，增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类，且满足“开闭原则”。
3. 可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合，将多个命令装配成一个组合命令，即宏命令。
4. 方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。
5. 可以在现有命令的基础上，增加额外功能。比如日志记录，结合装饰器模式会更加灵活。

其缺点是：

1. 可能产生大量具体的命令类。因为每一个具体操作都需要设计一个具体命令类，这会增加系统的复杂性。
2. 命令模式的结果其实就是接收方的执行结果，但是为了以命令的形式进行架构、解耦请求与实现，引入了额外类型结构（引入了请求方与抽象命令接口），增加了理解上的困难。不过这也是设计模式的通病，抽象必然会额外增加类的数量，代码抽离肯定比代码聚合更加难理解。

适用场景：

• 系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互。

• 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。

• 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。

JDK源码解析

Runable是一个典型命令模式，Runnable担当命令的角色，Thread充当的是调用者，start方法就是其执行方法 。

//命令接口(抽象命令角色)
public interface Runnable {
	public abstract void run();
}

//调用者
public class Thread implements Runnable {
    private Runnable target;
    
    public synchronized void start() {
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
            }
        }
    }
    
    private native void start0();
}

会调用一个native方法start0(),调用系统方法，开启一个线程。而接收者是对程序员开放的，可以自己定义接收者。

/**
 * jdk Runnable 命令模式
 *		TurnOffThread ： 属于具体
 */
public class TurnOffThread implements Runnable{
     private Receiver receiver;
    
     public TurnOffThread(Receiver receiver) {
     	this.receiver = receiver;
     }
     public void run() {
     	receiver.turnOFF();
     }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Demo {
     public static void main(String[] args) {
         Receiver receiver = new Receiver();
         TurnOffThread turnOffThread = new TurnOffThread(receiver);
         Thread thread = new Thread(turnOffThread);
         thread.start();
     }
}