命令模式 (Command Pattern)

定义

命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它将一个请求封装为一个对象，从而允许用户使用不同的请求、队列或日志来参数化其他对象。命令模式也支持可撤销的操作。主要目的是将命令的发送者和接收者解耦，引入了命令对象来在发送者和接收者之间充当中介。

命令模式主要涉及以下角色：

• 命令（Command）接口：声明执行操作的接口。
• 具体命令（Concrete Command）：实现命令接口，定义了接收者和行为之间的绑定关系。调用者通过执行命令来执行相应的操作。
• 接收者（Receiver）：知道如何实施与执行一个请求相关的操作。任何类都可能作为一个接收者。
• 调用者（Invoker）：要求该命令执行这个请求。通常会持有命令对象，并在某个时间点调用命令对象的执行方法。
• 客户端（Client）：创建具体命令对象并设置其接收者。

解决的问题

• 命令的封装和抽象：
  • 当需要将请求或简单操作封装为一个对象时，命令模式提供了一种方式。这样，请求的发送者和接收者可以被解耦，使得发送者不需要知道请求的具体实现细节。
• 可变更和扩展命令：
  • 命令模式允许动态地更改、添加或删除命令，而无需修改现有代码。这增加了系统的灵活性，并支持动态的命令更改。
• 历史记录和撤销功能：
  • 命令模式可以记录所有执行的操作和命令，这使得实现撤销（undo）和重做（redo）功能变得可能。
• 队列请求和日志请求：
  • 命令对象可以被序列化和存储，以便稍后执行或远程执行，支持队列请求和日志请求的功能。
• 参数化对象：
  • 通过命令模式，可以参数化对象，根据不同的命令改变对象的行为。
• 操作的解耦：
  • 命令模式将发起操作的对象和执行操作的对象解耦，提高了系统的模块化，使得命令的发送者和接收者不直接交互。

使用场景

• 参数化对象：
  • 当需要基于不同的命令改变对象的行为时，命令模式可以将这些命令封装成对象，实现对象行为的动态切换。
• 操作的队列化和日志记录：
  • 在需要对命令进行排队、记录或执行延迟时，命令模式非常有用。例如，在实现一个多线程的任务队列、事务队列或日志系统时，可以使用命令模式来封装具体操作。
• 撤销和重做功能：
  • 在应用程序（如编辑器）中实现撤销（undo）和重做（redo）功能时，命令模式可以记录每一步操作并提供回滚机制。
• 分离命令的发起者和执行者：
  • 当需要将命令的发起者和执行者解耦时，命令模式提供了一种机制，让发起者不需要了解命令的具体执行过程。
• 组合命令：
  • 在需要组合多个命令以形成复合命令时，命令模式使得可以将多个简单命令组合成一个宏命令。
• 回调功能的实现：
  • 在需要提供回调功能时，命令模式允许将操作封装成对象，并在合适的时候执行。

示例代码1-简单的遥控器

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

// 具体命令：开灯
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

// 具体命令：关灯
class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

// 请求者类：遥控器
class RemoteControl {
    private Command command;

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

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

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

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

// 客户端代码
public class CommandDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Light light = new Light();
        Command lightOn = new LightOnCommand(light);
        Command lightOff = new LightOffCommand(light);

        RemoteControl remote = new RemoteControl();
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton();  // 输出: Light is on.

        remote.setCommand(lightOff);
        remote.pressButton();  // 输出: Light is off.
    }
}

示例代码2-文本编辑器的命令

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

// 具体命令：写入文本
class WriteCommand implements Command {
    private TextFile textFile;
    private String textToWrite;

    public WriteCommand(TextFile textFile, String text) {
        this.textFile = textFile;
        this.textToWrite = text;
    }

    public void execute() {
        textFile.write(textToWrite);
    }

    public void undo() {
        textFile.eraseLast();
    }
}

// 接收者类：文本文件
class TextFile {
    private StringBuilder text = new StringBuilder();

    public void write(String text) {
        this.text.append(text);
    }

    public void eraseLast() {
        if (text.length() > 0) {
            text.deleteCharAt(text.length() - 1);
        }
    }

    public String read() {
        return text.toString();
    }
}

// 客户端代码
public class EditorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TextFile textFile = new TextFile();
        Command writeHello = new WriteCommand(textFile, "Hello");
        Command writeWorld = new WriteCommand(textFile, " World");

        writeHello.execute();
        writeWorld.execute();
        System.out.println(textFile.read()); // 输出: Hello World

        writeWorld.undo();
        System.out.println(textFile.read()); // 输出: Hello
    }
}

主要符合的设计原则

• 开闭原则（Open-Closed Principle）：
  • 命令模式允许在不修改已有代码的情况下引入新的命令。你可以添加新的命令类来扩展系统的行为，而无需修改现有的请求发送者或其他命令的代码。因此，系统对扩展是开放的，但对修改是封闭的。
• 单一职责原则（Single Responsibility Principle）：
  • 在命令模式中，每个命令类只负责一个特定的操作或行为，这符合单一职责原则。此外，请求的发送者和接收者也被解耦，每个对象都只处理它自己的部分。
• 依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle）：
  • 命令模式中，请求发送者依赖于命令抽象，而不是具体的命令实现。这符合依赖倒置原则，即高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象。

在JDK中的应用

• java.lang.Runnable：
  • Runnable 接口是命令模式的一个经典例子。它代表一个待执行的操作，通常用于创建线程。实现 Runnable 接口的类封装了要在线程中执行的操作（命令），而 Thread 类则充当调用者，执行这些操作。
• javax.swing.Action：
  • 在Swing库中，Action 接口用于封装事件监听器的响应逻辑。当触发事件（如按钮点击）时，与之关联的 Action 对象被执行，这类似于命令模式中命令的执行。
• java.util.concurrent.Callable：
  • 类似于 Runnable，Callable 接口也封装了一个异步操作，但与 Runnable 不同的是，Callable 可以返回一个结果并能抛出异常。Callable 实例可以提交给 ExecutorService 执行，后者充当调用者的角色。

这些例子虽然不是命令模式的完整实现，但它们体现了命令模式的核心概念：封装操作作为一个对象，并由另一个对象负责执行这些操作。这种模式在JDK中的应用提供了一种灵活的方式来处理异步操作、事件处理和其他需要动态指定和执行操作的场景。

在Spring中的应用

• Spring的事务管理：
  • 在Spring的事务管理中，事务代码可以被看作是命令对象。当执行事务时，实际的事务逻辑（即命令）被封装在事务管理器中。这样的设计允许灵活地启动、提交或回滚事务，类似于命令模式中的命令执行。
• Spring MVC的Controller方法：
  • 在Spring MVC中，控制器（Controller）中的方法可以被视为命令。每个方法封装了特定的处理逻辑，而DispatcherServlet则相当于命令的调用者，根据请求调用相应的控制器方法。
• JdbcTemplate的回调：
  • Spring的 JdbcTemplate 类使用回调机制来封装数据库操作，这些回调可以被视为命令对象。JdbcTemplate 提供了一系列的方法，比如 query 或 update，这些方法接受一个回调参数，封装了执行操作的具体逻辑。

虽然这些例子并不是命令模式的纯粹形式，但它们在设计上采用了命令模式的核心思想——将请求封装成对象，并由另一个对象来执行这些请求。这种模式在Spring框架中主要体现在将业务逻辑封装在独立的类或方法中，而由框架的其他部分来负责调用这些逻辑。这样的设计有助于降低系统各部分之间的耦合度，提高代码的可重用性和灵活性。

---