设计模式-命令模式(Command)

Posted 2022-01-12 uniquedong

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命令模式把一个请求或者操作封装到一个对象中。命令模式允许系统使用不同的请求把客户端参数化，对请求排队或者记录请求日志，可以提供命令的撤销和恢复功能。
GitHub地址： https://github.com/UniqueDong/zero-design-stu 中的 headfirst 包下代码。

概述

命令模式是对命令的封装。命令模式把发出命令的责任和执行命令的责任分割开，委派给不同的对象。

每一个命令都是一个操作：请求的一方发出请求要求执行一个操作；接收的一方收到请求，并执行操作。命令模式允许请求的一方和接收的一方独立开来，使得请求的一方不必知道接收请求的一方的接口，更不必知道请求是怎么被接收，以及操作是否被执行、何时被执行，以及是怎么被执行的。

　　命令允许请求的一方和接收请求的一方能够独立演化，从而具有以下的优点：

　　（1）命令模式使新的命令很容易地被加入到系统里。

　　（2）允许接收请求的一方决定是否要否决请求。

　　（3）能较容易地设计一个命令队列。

　　（4）可以容易地实现对请求的撤销和恢复。

　　（5）在需要的情况下，可以较容易地将命令记入日志。

角色

• 客户端(Client)角色： 创建一个 ConcreteCommand，并设置其接受者。
• 命令(Command)角色： 为所有的命令申明一个接口。调用命令对象的 execute 方法就可以让接受者执行相关的动作，同事接口还具备一个 undo() 撤回方法。
• 具体命令(ConcreteCommand)角色： 定义一个接收者和行为之间的弱耦合；实现execute()方法，负责调用接收者的相应操作。execute()方法通常叫做执行方法。调用者只需要调用 execute 方法就可以发出请求，然后由 ConcreteCommand 调用接受者的一个或者多个动作。
• 调用者(Invoker)角色： 调用者持有一个命令对象，提供一个触发方法调用命令对象的 execute 方法，将命令执行。
• 接收者(Receiver)角色： 负责具体实施和执行一个请求。任何一个类都可以成为接收者，实施和执行请求的方法叫做行动方法。

执行流程

1. 客户端创建一个命令对象。
2. 客户端在调用者对象上调用 setCommand 方法。
3. 在未来合适的时间点，调用者调用命令对象的 execute 方法。
4. 命令通过调用者委托到对应的接受者执行。完成任务。

场景模拟

一个全能遥控器 6个可编程插槽（每个可以指定一个不同的家电装置），用来控制家电（电视、空调、冰箱、音响）。每个插槽有对应的 [开] 和 [关] 按钮。同时还具备一个整体一键撤回按钮。撤回需求是这样的，比如电灯是关的，然后按下开启按钮电灯就开了。现在假如按下撤销按钮，那么上一个动作将会翻转。在这里，电灯将会关闭。

插槽连接对应的家电，开关是对应的指令。每个家电对应两个指令，分别是 【开】和【关】按键。

许多家电都有 on() 和 off() 方法，除此之外还有一些 setVolumn()、setTV()、setTemperature() 方法。
我们总不能 写 if slot1 == Light then light.on()。

代码实现

命令接受者角色

首先我们拥有很多家电。他们其实就是不同命令的接受者执行。

• 灯

package com.zero.headfirst.command.receiver;

public class Light 
    public void on() 
        System.out.println("打开电灯。");
    
    public void off() 
        System.out.println("关灯。");
    

• 音响

package com.zero.headfirst.command.receiver;

public class Stereo 
    public void on() 
        System.out.println("打开音响");
    

    public void off() 
        System.out.println("关闭音响");
    

    public void setCD() 
        System.out.println("放入CD");
    

    public void setVolume() 
        System.out.println("音响音量设置为20");
    

命令角色

首先让所有的命令对象实现该接口，分别有命令执行与撤回

package com.zero.headfirst.command;

/**
 * 命令(Command)角色
 */
public interface Command 
    /**
     * 命令执行
     */
    void execute();

    /**
     * 命令撤销
     */
    void undo();

具体命令角色

• 定义开灯命令，实现 execute 。持有 命令接受者 灯的引用，从而当调用者调用 execute 将委托给对应的 灯执行开灯操作。

package com.zero.headfirst.command.impl;

import com.zero.headfirst.command.Command;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Light;

public class LightOnCommand implements Command 

    /**
     * 持有接受者实例，以便当命令execute执行的时候由接受者执行开灯
     */
    private Light light;

    @Override
    public void execute() 
        light.on();
    

    @Override
    public void undo() 
        light.off();
    

    /**
     * 设置命令的接受者
     * @param light
     */
    public void setLight(Light light) 
        this.light = light;
    

• 定义关灯命令

package com.zero.headfirst.command.impl;

import com.zero.headfirst.command.Command;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Light;

public class LightOffCommand implements Command 

    /**
     * 持有接受者实例，以便当命令execute执行的时候由接受者执行
     */
    private Light light;

    @Override
    public void execute() 
        light.off();
    

    @Override
    public void undo() 
        light.on();
    

    public void setLight(Light light) 
        this.light = light;
    

• 定义打开音响命令

package com.zero.headfirst.command.impl;

import com.zero.headfirst.command.Command;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Stereo;

/**
 * 音响开指令
 */
public class StereoOnCommand implements Command 

    private Stereo stereo;

    @Override
    public void execute() 
        stereo.on();
        stereo.setCD();
        stereo.setVolume();
    

    @Override
    public void undo() 
        stereo.off();
    

    public void setStereo(Stereo stereo) 
        this.stereo = stereo;
    

• 定义关闭音响命令

package com.zero.headfirst.command.impl;

import com.zero.headfirst.command.Command;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Stereo;

public class StereoOffCommand implements Command 

    private Stereo stereo;

    public void setStereo(Stereo stereo) 
        this.stereo = stereo;
    

    @Override
    public void execute() 
        stereo.off();
    

    @Override
    public void undo() 
        stereo.on();
        stereo.setCD();
        stereo.setVolume();
    

剩下的打开电视机、关闭电视机、打开空调、关闭空调的就不一一写了。都是一样的模板套路。具体代码可以查阅 GitHub地址： https://github.com/UniqueDong/zero-design-stu 中的 headfirst 包下代码。

调用者角色

其实就是我们的遥控器。

package com.zero.headfirst.command;

import com.zero.headfirst.command.impl.NoCommand;

import java.util.Arrays;

/**
 * 调用者：遥控器
 */
public class RemoteControl 
    /**
     * 一共4个家电插槽，每个插槽有 开与关命令。
     */
    private Command[] onCommands;
    private Command[] offCommands;

    //用来保存前一个命令，用来实现撤销功能
    private Command undoCommand;

    /**
     * 通过构造器初始化开关数组
     */
    public RemoteControl() 
        onCommands = new Command[4];
        offCommands = new Command[4];
        //初始化所有插槽为空指令
        Command noCommand = new NoCommand();
        for (int i = 0; i < 4; i++) 
            onCommands[i] = noCommand;
            offCommands[i] = noCommand;
        
        //一开始没有所谓的前一个命令，所以默认无指令
        undoCommand = noCommand;
    

    /**
     * 设置指定插槽对应的按钮指令
     * @param slot 插槽位置
     * @param onCommand 开指令
     * @param offCaommand 关指令
     */
    public void setCommand(int slot,Command onCommand, Command offCaommand) 
        onCommands[slot] = onCommand;
        offCommands[slot] = offCaommand;
    

    /**
     * 模拟按下指定插槽对应的【开】按键
     */
    public void pressOnButton(int slot) 
        onCommands[slot].execute();
        //将当前指令记录下来，用于在撤销的时候能执行命令对应的 undo 方法从而实现撤销功能
        undoCommand = onCommands[slot];
    

    /**
     * 模拟按下指定插槽对应的【关】按键
     */
    public void pressOffButton(int slot) 
        offCommands[slot].execute();
        undoCommand = offCommands[slot];
    

    /**
     * 撤销功能
     */
    public void pressUndoButton() 
        undoCommand.undo();
    

    @Override
    public String toString() 
        return "RemoteControl" +
                "onCommands=" + Arrays.toString(onCommands) +
                ", offCommands=" + Arrays.toString(offCommands) +
                '';
    

客户端角色

获取遥控器，并且拿到灯、空调等命令接受者。分别创建对应的 【开】，【关】指令。
链接到对应的插槽。当按下按钮的时候触发指定的指令。

package com.zero.headfirst.command;

import com.zero.headfirst.command.impl.*;
import com.zero.headfirst.command.receiver.AirConditioning;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Light;
import com.zero.headfirst.command.receiver.Stereo;
import com.zero.headfirst.command.receiver.TV;

/**
 * 客户端角色
 */
public class CommandClient 
    public static void main(String[] args) 
        //创建一个遥控器-调用者角色
        RemoteControl remoteControl = new RemoteControl();
        //1. 创建电灯-接受者角色
        Light light = new Light();
        //创建开灯、关灯命令-命令具体角色
        LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand();
        lightOnCommand.setLight(light);
        LightOffCommand lightOffCommand = new LightOffCommand();
        lightOffCommand.setLight(light);

        //调用者设置电灯插槽以及对应的开关按键指令-调用者角色
        remoteControl.setCommand(0, lightOnCommand, lightOffCommand);

        // 2. 设置音响插槽与对应按键指令
        Stereo stereo = new Stereo();
        StereoOnCommand stereoOnCommand = new StereoOnCommand();
        stereoOnCommand.setStereo(stereo);
        StereoOffCommand stereoOffCommand = new StereoOffCommand();
        stereoOffCommand.setStereo(stereo);

        remoteControl.setCommand(1, stereoOnCommand, stereoOffCommand);

        //3. 空调
        AirConditioning airConditioning = new AirConditioning();
        AirConditioningOnCommand airConditioningOnCommand = new AirConditioningOnCommand();
        airConditioningOnCommand.setAirConditioning(airConditioning);
        AirConditioningOffCommand airConditioningOffCommand = new AirConditioningOffCommand();
        airConditioningOffCommand.setAirConditioning(airConditioning);

        remoteControl.setCommand(2, airConditioningOnCommand, airConditioningOffCommand);

        //4. 电视
        TV tv = new TV();
        TVOnCommand tvOnCommand = new TVOnCommand();
        tvOnCommand.setTv(tv);
        TVOffCommand tvOffCommand = new TVOffCommand();
        tvOffCommand.setTv(tv);

        remoteControl.setCommand(3, tvOnCommand, tvOffCommand);

        //模拟按键
        System.out.println("-------码农回家了，使用遥控开启电灯、音响、空调、电视----");
        remoteControl.pressOnButton(0);
        remoteControl.pressOnButton(1);
        remoteControl.pressOnButton(2);
        remoteControl.pressOnButton(3);

        System.out.println("------码农睡觉了，使用遥控关闭电灯、音响、电视。不关空调--------");
        remoteControl.pressOffButton(0);
        remoteControl.pressOffButton(1);
        remoteControl.pressOffButton(3);

        System.out.println("----撤销测试，先打开电灯。再关闭电灯。然后按撤销----");
        remoteControl.pressOnButton(0);
        remoteControl.pressOffButton(0);
        //一键撤销
        remoteControl.pressUndoButton();
    

测试结果

-------码农回家了，使用遥控开启电灯、音响、空调、电视----
打开电灯。
打开音响
放入CD
音响音量设置为20
打开空调
空调温度设置28°
打开电视
设置频道为宇宙电视台
电视音量设置为20
------码农睡觉了，使用遥控关闭电灯、音响、电视。不关空调--------
关灯。
关闭音响
关闭电视
----撤销测试，先打开电灯。再关闭电灯。然后按撤销----
打开电灯。
关灯。
打开电灯。

总结

使用场景：

1. 工作队列：在某一端添加指令，只要是实现命令模式的对象都可以放到队列里。另外一端是线程。线程进项下面的工作：从队列取出一个命令，然后调用execute 方法，调用完后将该命令丢弃，再继续取下一个命令。
2. 线程池。

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