Java 设计模式——命令模式

1.概述

（1）日常生活中，我们出去吃饭都会遇到下面的场景：

（2）命令模式是一种行为型设计模式，它通过将请求封装为一个对象，使得可以灵活地参数化客户端对象，同时也能够将请求队列或记录日志、撤销操作等操作进行处理。命令模式的作用在于解耦请求发送者和接收者。它通过引入命令对象，将一个请求与一个具体的操作关联起来。这样，发送者只需要知道如何触发命令，而无需知道命令如何被执行以及被谁执行。

2.结构

命令模式包含以下主要角色：

• 命令接口 (Command) 角色：定义命令的接口，声明执行的方法。
• 具体命令 (Concrete Command) 角色：具体的命令，实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
• 接收者 (Receiver) 角色：真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。
• 调用者 (Invoker) 角色：要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。

3.案例实现

将上面的案例用代码实现，那就需要分析命令模式的角色在该案例中由谁来充当。

• 服务员：就是调用者角色，由她来发起命令。
• 厨师：就是接收者角色，真正命令执行的对象。
• 订单：命令中包含订单。

类图如下：

具体实现代码如下：

3.1.命令接口

Command.java

//命令接口
public interface Command {
    void execute();
}

Order.java

//订单类
public class Order {
    //餐桌号码
    private int diningTable;
    
    //所下的餐品及份数
    private Map<String,Integer> foodDir = new HashMap<>();
    
    public int getDiningTable() {
        return diningTable;
    }
    
    public void setDiningTable(int diningTable) {
        this.diningTable = diningTable;
    }
    
    public Map<String, Integer> getFoodDir() {
        return foodDir;
    }
    
    public void setFood(String name, int num) {
        foodDir.put(name,num);
    }
}

3.2.具体命令

OrderCommand.java

//具体的命令类
public class OrderCommand implements Command {

    //持有接收者对象
    private SeniorChef receiver;
    private Order order;

    public OrderCommand(SeniorChef receiver, Order order) {
        this.receiver = receiver;
        this.order = order;
    }

    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("\n" + order.getDiningTable() + " 桌的订单:");
        Map<String, Integer> foodDir = order.getFoodDir();
        //遍历 map 集合
        Set<String> keys = foodDir.keySet();
        for (String foodName : keys) {
            receiver.makeFood(foodName, foodDir.get(foodName));
        }
        System.out.println(order.getDiningTable() + " 桌的饭准备完毕！");
    }
}

3.3.接受者

SeniorChef.java

//厨师类
public class SeniorChef {
    public void makeFood(String name, int num){
        System.out.println(num + " 份" + name);
    }
}

3.4.调用者

Waiter.java

//服务员类
public class Waiter {
    //持有多个命令对象
    private List<Command> commands = new ArrayList<>();
    
    public void setCommand(Command cmd){
        //将 cmd 对象存储到 list 集合中
        commands.add(cmd);
    }
    
    //发起命令功能，喊订单来了
    public void orderUp(){
        System.out.println("服务员: 大厨，新订单来了...");
        //遍历 list 集合
        for (Command command : commands) {
            if(command != null) {
                command.execute();
            }
        }
    }
}

3.5.测试

Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建第一个订单对象
        Order order1 = new Order();
        order1.setDiningTable(1);
        order1.setFood("西红柿鸡蛋面", 1);
        order1.setFood("小杯可乐", 2);

        //创建第二个订单对象
        Order order2 = new Order();
        order2.setDiningTable(2);
        order2.setFood("尖椒肉丝盖饭", 1);
        order2.setFood("小杯雪碧", 1);

        //创建厨师对象
        SeniorChef receiver = new SeniorChef();
        //创建命令对象
        OrderCommand cmd1 = new OrderCommand(receiver, order1);
        OrderCommand cmd2 = new OrderCommand(receiver, order2);

        //创建调用者(服务员对象)
        Waiter invoke = new Waiter();
        invoke.setCommand(cmd1);
        invoke.setCommand(cmd2);

        //让服务员发起命令
        invoke.orderUp();
    }
}

输出结果如下：

服务员: 大厨，新订单来了...

1 桌的订单:
1 份西红柿鸡蛋面
2 份小杯可乐
1 桌的饭准备完毕！

2 桌的订单:
1 份尖椒肉丝盖饭
1 份小杯雪碧
2 桌的饭准备完毕！

4.优缺点

（1）命令模式的优缺点如下：

• 优点：
  • 解耦发送者和接收者：命令模式通过将请求封装为对象，实现了请求发送者和接收者之间的解耦。发送者只需要知道如何触发命令，而无需关心具体的接收者和执行细节。
  • 容易扩展新的命令：由于命令模式将请求操作封装为对象，因此添加新的命令变得相对容易。可以通过创建新的具体命令类来实现新的请求，并与现有的系统进行交互，而无需修改已有代码。
  • 支持命令的撤销和恢复：命令模式允许在命令对象中保存执行操作的状态，从而可以实现撤销和恢复的功能。这对于需要追踪和管理操作历史记录的应用非常有用。
  • 支持请求队列和日志记录：命令模式可以将请求对象保存在队列中，并按照顺序执行。这样可以实现任务调度和优先级管理。此外，还可以将执行的命令记录下来，以便后续分析和审查。
• 缺点：
  • 命令类的增加：使用命令模式，每个具体操作都需要创建一个具体命令类，这可能导致类的数量增加。如果系统需要大量命令类，可能会导致类爆炸的问题。
  • 系统复杂性增加：引入命令模式会增加系统的复杂性。需要管理命令对象、调用者和接收者之间的交互逻辑，可能需要引入额外的类来管理它们之间的关系。
  • 执行效率降低：由于命令模式需要请求对象封装、解封装等操作，可能会对系统的执行效率产生一定的影响，尤其是在需要频繁执行的场景中。

（2）综合来看，命令模式在需要解耦请求发送者和接收者、支持撤销和恢复、请求队列和日志记录等功能的场景下，是一种非常有用的设计模式。但在实际应用中，需要结合具体的需求和系统情况来评估使用该模式的利弊。

5.使用场景

（1）命令模式在以下情况下特别适用：

• 需要解耦请求发送者和接收者：当请求发送者与接收者之间存在紧耦合的情况，即发送者需要直接知道接收者的具体实现细节时，可以引入命令模式来解耦二者之间的关系。
• 需要支持撤销和恢复操作：当需要记录和管理操作历史记录，并且支持撤销和恢复功能时，可以使用命令模式。每个命令对象可以保存操作的状态和参数，便于后续撤销或恢复操作。
• 需要支持请求队列和任务调度：命令模式可以将请求对象保存在队列中，按照顺序执行。这样可以实现请求的排队和优先级管理，支持任务调度和异步执行。
• 需要实现扩展性和灵活性：命令模式通过将请求封装为对象，使得可以方便地添加新的命令类，不影响已有的代码。这样可以提供更好的扩展性和灵活性，以适应不断变化的需求。
• 需要实现日志记录和审计功能：命令模式可以在命令对象中记录执行的操作，包括操作的时间、执行者等信息，便于后续的日志记录和审计分析。

（2）总之，命令模式在需要解耦、支持撤销和恢复、请求队列和任务调度、扩展性和灵活性以及日志记录和审计功能的场景下，是一种非常合适的设计模式。它可以提供更好的代码可维护性、可扩展性和可测试性，同时还能增加系统的灵活性和可靠性。

6.JDK 源码解析——Runnable

Runnable 是一个典型命令模式，Runnable 担当命令的角色，Thread充当的是调用者，start方法就是其执行方法。

//命令接口(抽象命令角色) 
public interface Runnable { 
	public abstract void run(); 
}

//调用者
public class Thread implements Runnable { 
	private Runnable target; 
	public synchronized void start() { 
		if (threadStatus != 0) 
			throw new IllegalThreadStateException(); 
		group.add(this); 
		boolean started = false; 
		try {
			start0(); 
			started = true; 
		} finally { 
			try {
				if (!started) { 
					group.threadStartFailed(this); 
				} 
			} catch (Throwable ignore) {
			} 
		} 
	}
	private native void start0();
}

调用者会调用一个 native 方法 start0()，调用系统方法，开启一个线程。而接收者是对程序员开放的，可以自己定义接收者。

/**
* jdk Runnable: 命令接口
* TurnOffThread: 具体命令
* */ 
public class TurnOffThread implements Runnable{ 
	private Receiver receiver; 
	public TurnOffThread(Receiver receiver) { 
		this.receiver = receiver; 
	}
	public void run() { 
		receiver.turnOFF(); 
	} 
}

//测试类
public class Demo { 
	public static void main(String[] args) { 
		Receiver receiver = new Receiver(); 
		TurnOffThread turnOffThread = new TurnOffThread(receiver); 
		Thread thread = new Thread(turnOffThread); 
		thread.start(); 
	} 
}