设计模式十五：命令模式（Command Pattern）

命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它旨在将请求或操作封装成一个对象，从而允许你将不同的请求参数化，并且能够在不同的时间点执行或者队列化这些请求。这种模式使得请求发送者与接收者之间解耦，同时也支持撤销操作和日志记录。

使用场景

命令模式适用于需要将操作封装成对象，并支持命令的队列化、撤销、重做、日志记录等功能的场景。它有助于降低系统的耦合度，使得系统更加灵活、可扩展和易于维护。
例如说：
当需要将请求发送者和接收者解耦时。
当需要支持撤销、重做、日志记录等功能时。
当需要将一系列操作队列化、延迟执行或按顺序执行时。
命令模式在以下情况下特别有用：

1. 撤销和重做功能：
   当需要实现撤销和重做操作时，命令模式是一个很好的选择。通过将每个操作封装成命令对象，并将命令对象的历史记录保存下来，可以轻松地支持撤销和重做功能。
2. 菜单和工具栏：
   在图形用户界面（GUI）应用程序中，命令模式常用于实现菜单项、工具栏按钮等的操作。每个菜单项或按钮可以关联一个命令对象，从而使得用户的操作可以以命令的方式进行管理和执行。
3. 异步任务调度：
   命令模式可以用于将异步任务封装成命令对象，然后将这些命令对象加入到任务队列中进行调度和执行。
4. 日志记录和审计：
   通过使用命令模式，可以很容易地记录每个命令的执行历史，用于日志记录和审计目的。
5. 数据库事务：
   在数据库操作中，命令模式可以用于封装各种数据库操作（如插入、更新、删除），从而支持事务管理。
6. 智能家居和自动化系统：
   在智能家居和自动化系统中，命令模式可以用于控制各种设备（灯光、电器、窗帘等）的开关操作。
7. 游戏中的操作和指令：
   在游戏开发中，命令模式可以用于实现玩家的操作和指令，例如玩家的移动、攻击、释放技能等。
8. 模拟和仿真系统：
   在模拟和仿真领域，命令模式可以用于描述和执行模拟的各种操作和指令。

涉及的几个角色

1. 命令（Command）：
   定义了一个命令的接口，通常包括一个 execute() 方法，用于执行该命令。
2. 具体命令（Concrete Command）：
   实现了命令接口，将一个具体的操作与一个接收者关联起来，负责调用接收者执行操作。
3. 接收者（Receiver）：
   执行实际操作的对象，命令对象将请求委派给接收者来执行具体操作。
4. 调用者/请求者（Invoker）：
   负责创建命令对象，并在需要的时候调用命令的 execute() 方法。
5. 客户端（Client）：
   创建具体命令和接收者，并将它们组装起来，构建命令的发送者和接收者之间的关系

java代码实例

以下实例演示了如何使用命令模式实现撤销操作
命令接口

public interface Command_ {
    //执行写操作
    void execute();

    //执行撤销操作
    void undo();
}

具体命令实现类

public class EditCommand implements Command_ {
    private TextEditor editor;
    private String newText;
    private String prevText;

    public EditCommand(TextEditor editor, String newText) {
        this.editor = editor;
        this.newText = newText;
    }

    public void execute() {
        prevText = editor.getText();
        editor.setText(newText);
    }

    public void undo() {
        editor.setText(prevText);
    }
}

接收者

public class TextEditor {
    private String text = "";

    public String getText() {
        return text;
    }

    public void setText(String newText) {
        text = newText;
    }
}

调用者/请求者

public class TextCommandInvoker {
    //这段代码创建了一个私有的堆栈数据结构commandHistory，
    //用于存储实现了 Command_ 接口的对象,实现命令模式等场景中会很有用
    //用来记录和管理执行过的命令对象，以便支持撤销、重做等操作。
    private Stack<Command_> commandHistory = new Stack<>();

    public void executeCommand(Command_ command) {
        command.execute();
        commandHistory.push(command);
    }

    public void undo() {
        if (!commandHistory.isEmpty()) {
            Command_ lastCommand = commandHistory.pop();
            lastCommand.undo();
        }
    }

}

客户端

public static void main(String[] args) {
    TextEditor editor = new TextEditor();
    TextCommandInvoker invoker = new TextCommandInvoker();

    Command_ editCommand1 = new EditCommand(editor, "Hello");
    Command_ editCommand2 = new EditCommand(editor, "Hello, World");

    invoker.executeCommand(editCommand1);
    System.out.println("Editor Text: " + editor.getText());

    invoker.executeCommand(editCommand2);
    System.out.println("Editor Text: " + editor.getText());

    invoker.undo();
    System.out.println("Editor Text after Undo: " + editor.getText());

    invoker.undo();
    System.out.println("Editor Text after Undo: " + editor.getText());
}

输出结果

Editor Text: Hello
Editor Text: Hello, World
Editor Text after Undo: Hello
Editor Text after Undo: 

命令模式的优缺点

命令模式在需要实现命令的撤销、重做、队列化等功能时非常有用。它可以提高代码的灵活性和可维护性，但在应用时需要权衡好优缺点，并根据具体情况进行选择。
优点：

1. 松耦合：
   命令模式将请求者和接收者解耦，请求者不需要知道接收者的细节，只需通过命令对象来间接调用。这降低了系统的耦合性，使得系统的各个部分可以独立地变化。
2. 可扩展性：
   可以很容易地添加新的命令类和接收者类，而不需要修改现有的代码。这使得系统更加灵活和可扩展。
3. 支持撤销和重做：
   命令模式可以记录请求的历史，从而支持撤销和重做操作。通过保存命令对象的历史记录，可以在需要时逆转操作。
4. 日志记录：
   命令模式可以用于记录请求和操作的日志，从而实现日志记录和审计功能。
5. 适用于队列和任务调度：
   命令模式可以将请求放入队列中，支持任务的异步执行和调度。

缺点：

1. 类膨胀：
   实现命令模式可能需要创建大量的命令类，尤其在具有多个操作和接收者的情况下，会导致类的膨胀。
2. 增加复杂性：
   在一些情况下，命令模式可能增加了代码的复杂性，特别是在存在多个命令类、接收者类和请求者类之间的关系时。
3. 不适合复杂场景：
   在某些复杂场景下，命令模式可能不太适合，因为可能会涉及大量的命令类和对象之间的关系，导致设计变得复杂。
4. 性能考虑：
   命令模式可能会引入一定的性能开销，因为需要将请求封装成对象，并将其在不同的对象之间传递。