命令模式：将请求封装为对象

欢迎来到设计模式系列的第十五篇文章！今天，我们将深入研究命令模式。命令模式是一种行为型设计模式，它允许您将请求封装成对象，从而允许您根据不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象，并支持可撤销的操作。

什么是命令模式？

命令模式是一种行为型设计模式，它将请求或操作封装成独立的命令对象。这些命令对象包括了执行操作所需的所有信息，例如操作方法、参数和接收者。

命令模式允许您将命令发送者（客户端）和命令执行者（接收者）解耦，使得发送者无需知道接收者的具体类别。

在命令模式中，通常包含以下关键角色：

1. 命令（Command）：声明了执行操作的接口，通常包括一个 execute 方法。
2. 具体命令（Concrete Command）：实现了命令接口，包含了实际的操作逻辑。每个具体命令对象都与一个接收者相关联。
3. 接收者（Receiver）：执行命令实际操作的对象。
4. 调用者（Invoker）：负责调用命令对象来执行请求。
5. 客户端（Client）：创建命令对象并设置其接收者，然后将命令对象传递给调用者。

为什么需要命令模式？

命令模式有以下几个优点：

1. 解耦：命令模式可以将发送者和接收者解耦，发送者无需知道接收者的具体实现，从而提高了系统的灵活性。
2. 可扩展性：您可以轻松地添加新的命令类，而无需修改已有的代码。
3. 撤销操作：命令对象通常会保存操作的状态，从而支持撤销操作。
4. 日志记录和事务管理：您可以使用命令模式来记录所有执行的命令，以便进行事务管理或撤销。

命令模式的实现

让我们通过一个简单的示例来演示命令模式的实现。假设我们正在构建一个遥控器应用，用户可以通过遥控器执行不同的操作，例如打开电视、切换频道和调整音量。

首先，我们定义一个命令接口 Command，它包括了一个 execute 方法：

public interface Command {
    void execute();
}

接下来，我们创建具体的命令类，例如 TurnOnCommand、ChangeChannelCommand 和 AdjustVolumeCommand，它们实现了 Command 接口，并分别执行相应的操作。

public class TurnOnCommand implements Command {
    private Television television;

    public TurnOnCommand(Television television) {
        this.television = television;
    }

    public void execute() {
        television.turnOn();
    }
}

// 类似地实现 ChangeChannelCommand 和 AdjustVolumeCommand

然后，我们创建接收者类 Television，它包含了实际的操作逻辑：

public class Television {
    public void turnOn() {
        System.out.println("电视已打开");
    }

    public void changeChannel() {
        System.out.println("切换频道");
    }

    public void adjustVolume() {
        System.out.println("调整音量");
    }
}

最后，我们创建调用者类 RemoteControl，它接收并执行命令：

public class RemoteControl {
    private Command command;

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

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

客户端代码如下：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Television television = new Television();

        Command turnOnCommand = new TurnOnCommand(television);
        Command changeChannelCommand = new ChangeChannelCommand(television);
        Command adjustVolumeCommand = new AdjustVolumeCommand(television);

        RemoteControl remoteControl = new RemoteControl();

        remoteControl.setCommand(turnOnCommand);
        remoteControl.pressButton();

        remoteControl.setCommand(changeChannelCommand);
        remoteControl.pressButton();

        remoteControl.setCommand(adjustVolumeCommand);
        remoteControl.pressButton();
    }
}

这个示例中，我们将不同的操作（打开电视、切换频道、调整音量）封装成了命令对象，通过遥控器执行这些命令，而不需要直接调用接收者的方法。

宏命令

宏命令是一种命令模式的扩展，它允许您将多个命令组合成一个更大的命令。宏命令本身也是一个命令，可以执行一系列子命令。这对于执行复杂的操作或者创建多级撤销机制非常有用。

让我们通过一个示例来了解宏命令。假设我们有一个文本编辑器，需要实现一个宏命令来执行以下操作：

1. 打开文件
2. 编辑文件
3. 保存文件

首先，我们定义一个宏命令接口 MacroCommand，它包含了 add 和 execute 方法：

public interface MacroCommand {
    void add(Command command);
    void execute();
}

接下来，我们创建一个具体的宏命令类 TextEditorMacro，它可以添加和执行多个子命令：

public class TextEditorMacro implements MacroCommand {
    private List<Command> commands = new ArrayList<>();

    public void add(Command command) {
        commands.add(command);
    }

    public void execute() {
        for (Command command : commands) {
            command.execute();
        }
    }
}

然后，我们可以创建多个子命令，例如 OpenFileCommand、EditFileCommand 和 SaveFileCommand，它们分别执行打开、编辑和保存文件的操作。

最后，我们可以使用宏命令将这些子命令组合成一个宏命令：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OpenFileCommand openFile = new OpenFileCommand();
        EditFileCommand editFile = new EditFileCommand();
        SaveFileCommand saveFile = new SaveFileCommand();

        TextEditorMacro macro = new TextEditorMacro();
        macro.add(openFile);
        macro.add(editFile);
        macro.add(saveFile);

        // 执行宏命令，依次执行子命令
        macro.execute();
    }
}

这样，我们就实现了一个宏命令，可以一次性执行多个子命令，从而打开、编辑和保存文件。

撤销和重做

命令模式还支持撤销和重做操作。

为了实现撤销，我们需要在命令对象中保存执行前的状态，并提供一个 undo 方法来恢复到之前的状态。

让我们通过一个简单的示例来演示撤销和重做。假设我们有一个文本编辑器，可以执行添加文本、删除文本和撤销操作。

首先，我们定义一个命令接口 Command，包括了 execute 和 undo 方法：

public interface Command {
    void execute();
    void undo();
}

接下来，我们创建具体的命令类，例如 AddTextCommand 和 DeleteTextCommand，它们分别执行添加文本和删除文本的操作，并实现了 undo 方法来撤销操作。

public class AddTextCommand implements Command {
    private TextEditor textEditor;
    private String addedText;

    public AddTextCommand(TextEditor textEditor, String addedText) {
        this.textEditor = textEditor;
        this.addedText = addedText;
    }

    public void execute() {
        textEditor.addText(addedText);
    }

    public void undo() {
        textEditor.deleteText(addedText);
    }
}

// 类似地实现 DeleteTextCommand

然后，我们创建接收者类 TextEditor，它包含了实际的文本编辑逻辑，包括添加文本、删除文本和显示文本。

public class TextEditor {
    private StringBuilder text = new StringBuilder();

    public void addText(String addedText) {
        text.append(addedText);
    }

    public void deleteText(String deletedText) {
        int start = text.lastIndexOf(deletedText);
        if (start != -1) {
            text.delete(start, start + deletedText.length());
        }
    }

    public void displayText() {
        System.out.println(text.toString());
    }
}

最后，我们可以创建一个客户端来测试撤销和重做操作：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        TextEditor textEditor = new TextEditor();

        Command addCommand1 = new AddTextCommand(textEditor, "Hello, ");
        Command addCommand2 = new AddTextCommand(textEditor, "Design Patterns!");
        Command deleteCommand = new DeleteTextCommand(textEditor, "Patterns!");

        // 执行添加和删除操作
        addCommand1.execute();
        addCommand2.execute();
        deleteCommand.execute();

        // 显示当前文本
        textEditor.displayText(); // 输出: Hello, Design!

        // 撤销删除操作
        deleteCommand.undo();

        // 显示当前文本
        textEditor.displayText(); // 输出: Hello, Design Patterns!
    }
}

通过上述代码，我们实现了撤销和重做操作，可以在执行操作后撤销到之前的状态，然后再重做。这在需要保留操作历史的应用程序中非常有用。

总结

命令模式是一种行为型设计模式，它将请求和操作解耦，允许将操作封装成独立的命令对象。这使得我们能够实现撤销、重做、宏命令等高级功能，并且更容易扩展新的命令。

在设计软件系统时，考虑使用命令模式来提高代码的可维护性和灵活性，特别是需要支持撤销和重做功能的应用程序。