软件设计模式系列之十六——命令模式

1 模式的定义

命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，旨在将请求发送者和接收者解耦，将一个请求封装为一个对象，从而允许您参数化客户端对象以进行不同的请求、排队请求或记录请求，并支持可撤销操作。

命令模式的核心思想是将一个请求包装成一个对象，包括请求的参数和接收者对象，然后客户端只需要调用该对象的方法来执行请求，而不需要关心请求的具体细节。这种方式使得请求的发送者和接收者之间的关系变得松耦合，同时支持一些附加功能，如命令的撤销和重做。

2 举例说明

为了更好地理解命令模式，让我们考虑一个实际的例子：遥控器控制家电。假设您有一个遥控器，可以控制不同种类的家电设备，如电视、音响和灯。每个按钮都代表一个命令，例如打开电视、关闭音响、调暗灯光等。命令模式可以用于实现这种遥控器系统。

在这个例子中，每个命令（如打开电视）都被封装成一个命令对象，包括具体的操作（执行命令）和接收者对象（执行命令的设备）。遥控器上的按钮只需要关联一个命令对象，并在按下按钮时执行该命令。这种方式使得遥控器可以轻松控制不同种类的家电设备，而不需要关心它们的具体实现。

3 结构

命令模式的结构包括以下几个关键部分：

Command（命令）：定义一个执行操作的接口，通常包括一个 execute 方法，负责执行具体的命令。

ConcreteCommand（具体命令）：实现命令接口，将一个接收者对象绑定到一个操作。它负责调用接收者的方法来执行命令。

Receiver（接收者）：负责执行与请求相关的具体操作，是命令真正的执行者。

Invoker（调用者）：负责将命令对象传递给接收者执行命令，它不需要知道命令的具体细节，只需调用命令的 execute 方法即可。

Client（客户端）：创建具体命令对象，并将命令对象与接收者对象关联，然后将命令对象传递给调用者来执行。

4 实现步骤

实现命令模式时，通常遵循以下步骤：

定义命令接口（Command），其中包括一个 execute 方法用于执行命令。

创建具体命令类（ConcreteCommand），实现命令接口，并在构造函数中绑定一个接收者对象。

定义接收者类（Receiver），负责执行具体的操作。

创建调用者类（Invoker），负责接收命令对象并执行命令。

在客户端中创建命令对象和接收者对象，并将它们关联。然后将命令对象传递给调用者，由调用者执行命令。

5 代码实现

现在，让我们通过 Java 代码来实现上述遥控器控制家电的命令模式。

// 1. 定义命令接口
interface Command {
    void execute();
}

// 2. 创建具体命令类
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.turnOn();
    }
}

class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOffCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.turnOff();
    }
}

// 3. 定义接收者类
class Light {
    public void turnOn() {
        System.out.println("Light is on");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("Light is off");
    }
}

// 4. 创建调用者类
class RemoteControl {
    private Command command;

    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void pressButton() {
        command.execute();
    }
}

// 5. 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建接收者对象
        Light light = new Light();

        // 创建具体命令对象并关联接收者
        Command lightOn = new LightOnCommand(light);
        Command lightOff = new LightOffCommand(light);

        // 创建调用者
        RemoteControl remote = new RemoteControl();

        // 设置命令并执行
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton();

        remote.setCommand(lightOff);
        remote.pressButton();
    }
}

6 典型应用场景

命令模式在实际应用中有多种典型场景，包括但不限于：

遥控器控制：如上面的示例所示，可以用命令模式实现遥控器来控制不同的家电设备，如电视、音响和灯。

文本编辑器操作：文本编辑器中的撤销、重做、剪切、复制、粘贴等操作可以使用命令模式来实现。

菜单系统：图形用户界面（GUI）应用中的菜单项和按钮操作可以通过命令模式来处理。

游戏中的动作：在游戏中，角色的动作和命令（如攻击、防御、跳跃等）可以使用命令模式来处理。

多级撤销操作：命令模式支持撤销和重做操作，因此在需要多级撤销的应用中很有用，如图像编辑器或CAD软件。

日程安排应用：在日程安排应用中，可以使用命令模式来处理添加、编辑、删除事件等操作。

7 优缺点

优点：

解耦发送者和接收者：命令模式将请求的发送者和接收者解耦，发送者不需要知道接收者的具体实现，从而降低了系统的耦合度。

支持撤销和重做：命令模式可以轻松支持命令的撤销和重做，因为每个命令对象都包含了执行和撤销操作的逻辑。

支持扩展：可以轻松添加新的命令和接收者，而无需修改现有的客户端代码。

支持排队请求：命令模式允许将请求排队，以便按照先后顺序执行，或者实现任务调度。

缺点：

可能导致命令类膨胀：如果有大量的命令操作，可能会导致命令类的膨胀，增加维护的复杂性。

不适用于所有情况：命令模式不适用于所有场景，特别是对于简单的命令，直接调用方法可能更加简单和高效。

增加代码复杂性：引入命令模式会增加一定的代码复杂性，因为需要创建额外的命令类和接收者类。

8 类似模式

策略模式（Strategy Pattern）：策略模式也可以用于封装可互换的行为，但它的主要目的是在运行时选择算法或策略，而不是将请求封装成命令对象。

观察者模式（Observer Pattern）：观察者模式用于定义对象之间的一对多依赖关系，当一个对象状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会收到通知。与命令模式不同，观察者模式不涉及命令的封装和执行。

中介者模式（Mediator Pattern）：中介者模式用于减少对象之间的直接耦合，将对象之间的通信集中在一个中介者对象中。与命令模式不同，中介者模式通常用于管理对象之间的交互，而不是将请求封装成命令。

9 小结

命令模式是一种有用的设计模式，它允许将请求封装成命令对象，从而解耦请求的发送者和接收者，支持撤销和重做操作，并提供扩展性和灵活性。命令模式在实际应用中有多种典型场景，包括遥控器控制、文本编辑器操作、菜单系统等。虽然命令模式增加了一些复杂性，但它可以提高代码的可维护性和可扩展性，是面向对象设计中的重要模式之一。