设计模式之命令模式：从原理到实战，深入解析及源码应用

命令模式

什么是命令模式？

命令模式（Command Pattern）是一种行为设计模式，它将一个请求封装为一个对象，从而允许使用不同的请求、队列或者日志来参数化对象，并支持可撤销的操作。命令模式的核心思想是将命令的发起者和执行者解耦，从而使得命令的发起者不必关心命令是如何被执行的。

命令模式的关键组成部分：

• 命令（Command）：定义命令的接口，声明执行方法。
• 具体命令（Concrete Command）：实现命令接口，绑定接收者，执行相关操作。
• 接收者（Receiver）：执行具体操作的类。
• 调用者（Invoker）：负责调用命令对象执行请求。
• 客户端（Client）：创建并配置具体的命令对象和接收者。

命令模式的UML原理类图

解释：

• Command：命令接口，声明一个用于执行操作的execute()方法。
• ConcreteCommandA：具体命令类，实现Command接口，并在execute()中调用接收者的某个动作。
• Receiver：接收者类，负责具体的业务逻辑。
• Invoker：调用者，持有命令对象，通过调用命令的execute()方法来执行请求。

生动案例——遥控器的设计

我们可以通过一个简单的遥控器来说明命令模式的实际应用。假设我们有一个遥控器，它可以控制不同的设备（如灯、电视、音响）。每个设备有开关功能，使用命令模式设计后，遥控器只需要发出命令，而不必关心设备是如何实现这些功能的。

代码实现

Step 1: 创建Command命令接口

public interface Command {
    // 执行命令
    void execute();
    // 撤销命令
    void undo();
}

Step 2: 创建Receiver接收者类，负责具体的业务逻辑

用上面的例子设计一个开灯关灯的执行逻辑

public class LightReceiver {
    public void on()
    {
        System.out.println("Light is on");
    }
    public void off()
    {
        System.out.println("Light is off");
    }
}

Step 3: 创建具体命令类

实现Command接口，并在execute()中调用接收者的某个动作

public class LightOnCommand implements Command{
    private LightReceiver lightReceiver;

    public LightOnCommand(LightReceiver lightReceiver) {
        this.lightReceiver = lightReceiver;
    }

    @Override
    public void execute() {
        lightReceiver.on();
    }

    @Override
    public void undo() {
        lightReceiver.off();
    }
}

public class LightOffCommand implements Command{
    private LightReceiver lightReceiver;

    public LightOffCommand(LightReceiver lightReceiver) {
        this.lightReceiver = lightReceiver;
    }
    public void execute() {
        lightReceiver.off();
    }
    public void undo() {
        lightReceiver.on();
    }
}
/**
 * 没有任何命令，即空执行: 用于初始化每个按钮, 当调用空命令时，对象什么都不做
 * 其实，这样是一种设计模式, 可以省掉对空判断
 * @author Administrator
 *
 */
public class NoCommand implements Command {

	@Override
	public void execute() {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

	@Override
	public void undo() {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

}

Step 4: 调用者（遥控器）

public class RemoteController {
    Command[] onCommands;
    Command[] offCommands;
    Command undoCommand;
    public RemoteController()
    {
        onCommands = new Command[5];
        offCommands = new Command[5];
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            onCommands[i] = new NoCommand();
            offCommands[i] = new NoCommand();
        }
    }

    public void setCommand(int no, Command onCommand, Command offCommand)
    {
        onCommands[no] = onCommand;
        offCommands[no] = offCommand;
    }

    public void onButtonWasPushed(int no)
    {
        onCommands[no].execute();
        undoCommand = onCommands[no];
    }

    public void offButtonWasPushed(int no)
    {
        offCommands[no].execute();
        undoCommand = offCommands[no];
    }

    public void undoButtonWasPushed()
    {
        undoCommand.undo();
    }


}

Step 5:客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建电灯的对象(接受者)
        LightReceiver lightReceiver = new LightReceiver();

        //创建电灯相关的开关命令
        LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand(lightReceiver);
        LightOffCommand lightOffCommand = new LightOffCommand(lightReceiver);

        //需要一个遥控器
        RemoteController remoteController = new RemoteController();

        //给我们的遥控器设置命令, 比如 no = 0 是电灯的开和关的操作
        remoteController.setCommand(0, lightOnCommand, lightOffCommand);

        System.out.println("--------按下灯的开按钮-----------");
        remoteController.onButtonWasPushed(0);
        System.out.println("--------按下灯的关按钮-----------");
        remoteController.offButtonWasPushed(0);
        System.out.println("--------按下撤销按钮-----------");
        remoteController.undoButtonWasPushed();

    }
}

输出结果

--------按下灯的开按钮-----------
Light is on
--------按下灯的关按钮-----------
Light is off
--------按下撤销按钮-----------
Light is on

命令模式在 Spring 框架JdbcTemplate中的应用

Spring 框架中的 JdbcTemplate 是一个用于简化 JDBC 操作的工具类，它使用了命令模式来封装和管理数据库的操作。在 Spring 的设计中，JdbcTemplate 通过回调函数（或命令对象）来执行复杂的数据库操作，使得开发者可以将数据库连接、SQL 语句的执行以及资源的关闭等操作封装到具体的命令中。

下面我们从命令模式的角度，深入分析 JdbcTemplate 的源码

JdbcTemplate 的核心设计思想

在 JdbcTemplate 中，常见的数据库操作，比如查询、插入、更新等，都通过回调函数的形式传递给 JdbcTemplate，而具体的执行逻辑则由 JdbcTemplate 来处理。

• 调用者（Invoker）：JdbcTemplate
• 命令接口（Command）：PreparedStatementCallback、CallableStatementCallback、RowCallbackHandler 等回调接口
• 具体命令（ConcreteCommand）：开发者自定义的回调函数，或 Spring 提供的实现类
• 接收者（Receiver）：Connection、PreparedStatement、ResultSet，这些是执行数据库操作的类

JdbcTemplate 通过这些回调接口，将数据库操作的细节交由具体的回调函数去执行，而自己则负责管理数据库连接、事务和资源的关闭

JdbcTemplate 中的命令模式实现

我们来看 JdbcTemplate 源码中是如何通过命令模式来实现数据库操作的。

代码示例：

以 JdbcTemplate 的 execute 方法为例：

public <T> T execute(PreparedStatementCreator psc, PreparedStatementCallback<T> action) throws DataAccessException {
    Assert.notNull(psc, "PreparedStatementCreator must not be null");
    Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");
    Connection con = null;
    PreparedStatement ps = null;
    try {
        // 获取数据库连接
        con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
        // 创建 PreparedStatement
        ps = psc.createPreparedStatement(con);
        // 执行回调函数，执行具体的 SQL 操作
        return action.doInPreparedStatement(ps);
    }
    catch (SQLException ex) {
        throw getExceptionTranslator().translate("PreparedStatementCallback", getSql(psc), ex);
    }
    finally {
        closeStatement(ps);
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    }
}

在这段代码中，命令模式的几个关键点体现如下：

• 命令接口：PreparedStatementCallback 是一个回调接口，定义了 doInPreparedStatement(PreparedStatement ps) 方法。该方法就是命令接口的 execute 方法，负责具体的数据库操作。

@FunctionalInterface
public interface PreparedStatementCallback<T> {
    T doInPreparedStatement(PreparedStatement ps) throws SQLException, DataAccessException;
}

具体命令：PreparedStatementCallback 的实现类或匿名内部类就是具体的命令对象，它将实际的 SQL 操作封装在 doInPreparedStatement 方法中。

jdbcTemplate.execute(connection -> connection.prepareStatement("INSERT INTO user (name) VALUES (?)"), 
                     preparedStatement -> {
                         preparedStatement.setString(1, "John");
                         return preparedStatement.executeUpdate();
                     });

接收者：PreparedStatement 和 Connection 是数据库操作的接收者，它们执行具体的数据库操作（例如，SQL 的执行）。

调用者：JdbcTemplate 是调用者，它负责管理数据库连接，调用命令对象（回调函数）并执行具体操作

JdbcTemplate 源码中的回调模式及命令模式应用场景

1. execute 方法

JdbcTemplate 的 execute 方法支持多种回调接口，例如：

• PreparedStatementCallback：用于执行 SQL 语句并返回结果。
• CallableStatementCallback：用于调用存储过程。

每种操作都通过回调的方式封装在命令中，然后由 JdbcTemplate 来统一管理连接和执行。

2. 查询操作：query 方法

JdbcTemplate 中的 query 方法用于查询数据库，并将结果集映射为对象。这也是命令模式的体现，开发者只需要提供一个 RowMapper（命令对象），负责将结果集转换为目标对象，其余的数据库操作细节由 JdbcTemplate 处理。

public  List query(String sql, RowMapper rowMapper) throws DataAccessException {
    return query(sql, new RowMapperResultSetExtractor(rowMapper));
}

在 query 方法中，RowMapper 就是命令模式中的命令对象，ResultSet 是接收者，而 JdbcTemplate 是调用者，负责管理 SQL 的执行和结果集的处理。

在 JdbcTemplate 中，命令模式通过回调机制得到了很好的应用。命令模式的核心思想是解耦，将请求的发送者与执行者解耦，使得 JdbcTemplate 作为调用者不关心具体的 SQL 执行逻辑，而只负责连接管理、资源管理和事务处理。

总结

命令模式通过将请求封装为对象，使得命令发起者与执行者解耦，具有以下优点：

• 解耦请求的发送者和接收者：发送者不需要知道如何处理请求，接收者可以自由变化。
• 支持撤销和恢复：由于每个命令都被独立封装，命令可以保存并进行撤销或恢复。
• 支持请求的记录、排队和日志：命令对象可以持久化，从而可以在需要时重新执行。

然而，命令模式也有一定的缺点：

• 增加了系统复杂性：每一个操作都需要定义一个具体命令类，导致类的数量增多。

命令模式适用于需要对请求进行排队、撤销或者记录操作的场景，也是实现日志、事务等功能的有效设计模式。在实际开发中，我们可以根据需求灵活地应用命令模式，尤其是在复杂的业务逻辑和行为可变的系统中。