[01][01][19]命令模式详解

1. 定义

命令模式(Command Pattern) 是对命令的封装,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.命令模式解耦了请求方和接收方,请求方只需请求执行命令,不用关心命令是怎样被接收,怎样被操作以及是否被执行·等.命令模式属于行为型模式

原文∶Encapsulate a request as an object，thereby letting you parameterize clients with different requests,queue or log requests, and support undoable operations.
解释∶将一个请求封装成一个对象，从而让你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


在软件系统中,行为请求者与行为实现者通常是一种紧耦合关系,因为这样的实现简单明了.担紧耦合关系缺乏扩展性,在某些场合中,当需要为行为进行记录,撤销或重做等处理时,只
修改源码.而命令模式通过为请求与实现间引入一个抽象命令接口,解耦了请求与实现,并中间件是抽象的,它可以有不同的子类实现,因此其具备扩展性.所以,命令模式的本质是解耦命令请求与处理

2. 应用场景

当系统的某项操作具备命令语义时,且命令实现不稳定(变化),那么可以通过命令模式解耦请求与实现,利用抽象命令接口使请求方代码架构稳定,封装接收方具体命令实现细节.接收方与抽象命令接口呈现弱耦合(内部方法无需一致),具备良好的扩展性.命令模式适用于以下应用场景

• 现实语义中具备"命令"的操作(如命令菜单,shell 命令…)


• 请求调用者和请求的接收者需要解耦,使得调用者和接收者不直接交互


• 需要抽象出等待执行的行为,比如撤销((Undo) 操作和恢复(Redo) 等操作


• 需要支持命令宏(即命令组合操作)

首先看下命令模式的通用 UML 类图

从 UML 类图中,我们可以看到,命令模式主要包含四种角色

• 接收者角色(Receiver)∶该类负责具体实施或执行一个请求;命令角色(Command)∶定义需要执行的所有命令行为


• 具体命令角色(ConcreteCommand) 该类内部维护一个接收者(Receiver) 在其 execute() 方法中调用 Receiver 的相关方法


• 请求者角色(Invoker)∶接收客户端的命令,并执行命令

从命令模式的 UML 类图中,其实可以很清晰地看出∶Command 的出现就是作为 Receiver 和 Invoker 的中间件,解耦了彼此.而之所以引入 Command 中间件,我觉得是以下两方面原因

解耦请求与实现∶即解耦了 Invoker 和 Receiver,因为在 UML 类图中,Invoker 是一个具体的实现,等待接收客户端传入命令(即 Invoker 与客户端耦合 ),Invoker 处于业务逻辑区域,应当是一个稳定的结构.而 Receiver 是属于业务功能模块是经常变动的如果没有 Command,则 Invoker 紧耦合 Receiver,一个稳定的结构依赖了一个不稳定的结构,就会导致整个结构都不稳定了.这也就是 Command 引入的原因∶不仅仅是解耦请求与实现,同时稳定(Invoker) 依赖稳定(Command),结构还是稳定的

扩展性增强∶扩展性体现在两个方面

• Receiver 属于底层细节,可以通过更换不同的 Receiver 达到不同的细节实现


• Command 接口本身就是抽象的,本身就具备扩展性;而且由于命令对象本身就具备抽象,如果结合装饰器模式,功能扩展简直如鱼得水

注∶在一个系统中，不同的命令对应不同的请求，也就是说无法把请求抽象化，因此命令模式中的 Receiver 是具体写现;但是如果在某一个模块中，可以对 Receiver 进行抽象，其实这就变相使用到了桥接模式（Command 类具备两个变化的维度∶Command 和 Receiver），这样子的扩展性会更加优秀


举个生活中的例子,相信80后的小伙伴应该都经历过普及黑白电视机的那个年代.黑白电视机要换台那简直不容易,需要人跑上前去用力掰动电视机上那个切换频道的旋钮,一顿"啪啪啪"折腾下来才能完成一次换台.如今时代好了,我们只需躺沙发上按一下遥控器就完成了换台.这就是用到了命令模式,将换台命令和换台处理进行了分离

另外,就是餐厅的点菜单,一般是后厨先把所有的原材料组合配置好了,客户用餐前只需要点菜即可,将需求和处理进行了解耦

3. 在业务场景中的应用

假如我们自己开发一个播放器,播放器有播放功能,有拖动进度条功能,停止播放功能,暂停功能,我们自己去操作播放器的时候并不是直接调用播放器的方法,而是通过一个控制条去传达指令给播放器内核,那么具体传达什么指令,会被封装为一个一个的按钮.那么每个按钮的就相当于是对一条命令的封装.用控制条实现了用户发送指令与播放器内核接收指令的解耦.下面来看代码,首先创建播放器内核 GPlayer 类

public class GPlayer {public void play(){System.out.println("正常播放");}public void speed(){System.out.println("拖动进度条");}public void stop(){System.out.println("停止播放");}public void pause(){System.out.println("暂停播放");}
}


创建命令接口 IAction 类

public interface IAction {void execute();
}


然后分别创建操作播放器可以接受的指令,播放指令 PlayAction 类

private GPlayer gplayer;public PlayAction(GPlayer gplayer) {this.gplayer = gplayer;}public void execute() {gplayer.play();}
}


暂停指令 PauseAction 类

public class PauseAction implements IAction {private GPlayer gplayer;public PauseAction(GPlayer gplayer) {this.gplayer = gplayer;}public void execute() {gplayer.pause();}
}


拖动进度条指令 SpeedAction 类

public class SpeedAction implements IAction {private GPlayer gplayer;public SpeedAction(GPlayer gplayer) {this.gplayer = gplayer;}public void execute() {gplayer.speed();}
}


停止播放指令 StopAction 类

public class StopAction implements IAction {private GPlayer gplayer;public StopAction(GPlayer gplayer) {this.gplayer = gplayer;}public void execute() {gplayer.stop();}
}


最后创建控制条 Controller 类

public class Controller {private List<IAction> actions = new ArrayList<IAction>();public void addAction(IAction action){actions.add(action);}public void execute(IAction action){action.execute();}public void executes(){for (IAction action:actions) {action.execute();}actions.clear();}
}


从上面代码来看,控制条可以执行单条命令,也可以批量执行多条命令,下面来看客户端测试代码

public class Test {public static void main(String[] args) {GPlayer player = new GPlayer();Controller controller = new Controller();controller.execute(new PlayAction(player));controller.addAction(new PauseAction(player));controller.addAction(new PlayAction(player));controller.addAction(new StopAction(player));controller.addAction(new SpeedAction(player));controller.executes();}
}


运行结果

正常播放
暂停播放
正常播放
停止播放
拖动进度条


由于控制条已经与播放器内核解耦了,以后如果想扩展新命令,只需增加命令即可,控制条的结构无需改动

4. 在源码中的体现

首先来看 JDK 中的 Runnable 接口,实际上 Runnable 就相当于是命令的抽象,只要是实现了 Runnable 接口的类都被认为是一个线程

public interface Runnable {public abstract void run();
}


实际上调用线程的 start() 方法之后,就有资格去抢 CPU 资源,而不需要我们自己编写获得 CPU 资源的逻辑.而线程抢到 CPU 资源后,就会执行 run() 方法中的内容,用 Runnable 接口把用户请求和 CPU 执行进行了解耦

然后,再看一个大家非常熟悉的 junit.framework.Test 接口

public interface Test {public abstract int countTestCases();public abstract void run(TestResult result);
}


Test 接口中有两个方法,第一个是 countTestCases() 方法用来统计当前需要执行的测试用例总数.第二个是 run() 方法就是用来执行具体的测试逻辑,其参数 TestResult 是用来返回测试结果的.实际上我们在平时编写测试用例的时候,只需要实现 Test 接口即便认为就是一个测试用例,那
么在执行的时候就会自动识别.实际上我们平时通常做法都是继承 TestCase 类,我们不妨来看一下 TestCase 的源码

public abstract class TestCase extends Assert implements Test {public void run(TestResult result) {result. run(this);}
}


实际上 TestCase 类它也实现了 Test 接口.我们继承 TestCase 类,相当于也实现了 Test 接口,自然也就会被扫描成为一个测试用例

5. 优缺点

5.1 优点

• 通过引入中间件(抽象接口),解耦了命令请求与实现


• 扩展性良好,可以很容易地增加新命令


• 支持组合命令,支持命令队列


• 可以在现有命令的基础上,增加额外功能(比如日志记录…,结合装饰器模式更酸爽)

5.2 缺点

• 具体命令类可能过多


• 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带来的一个通病,抽象必然会引入额外类型;抽象肯定比紧密难理解)