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设计模式命令模式（Command Pattern）

article 2024/11/20 2:35:11

命令模式简绍

命令模式（Command Pattern）是一种行为设计模式，它把请求封装成对象，从而让你可以用不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象。命令模式也支持可撤销的操作。

组成部分：

命令接口（Command Interface）：定义执行操作的接口。
具体命令类（Concrete Command Class）：实现了命令接口，并拥有接收者对象的引用。
接收者（Receiver）：知道如何实施与执行一个请求相关的操作，任何类都可以充当接收者。
调用者（Invoker）：请求一个命令对象执行一个请求。

命令模式的优缺点

优点

降低耦合度：
- 请求发送者不需要知道请求的实际接收者是谁，也不需要知道请求的执行细节。
- 接收者和请求发送者之间解耦，使得两者可以独立变化。
易于实现撤销和重做功能：
- 由于每个命令都是一个对象，因此可以保存以前的状态，并在需要时恢复。
- 支持事务回滚，因为可以存储多个命令，并按顺序或逆序执行。
易于支持事务处理：
- 可以将多个命令组合成一个宏命令（复合命令），从而实现整体的事务处理（要么全部成功，要么全部失败）。
易于支持队列和日志：
- 命令对象可以被放入队列中，按照顺序执行。
- 命令对象也可以被记录下来，用于审计或日志记录。
增加新的命令非常容易：
- 添加新命令只需要实现命令接口，而不需要修改已有的代码。
- 这符合开闭原则（Open-Closed Principle），即对扩展开放，对修改关闭。
增强安全性：
- 可以通过命令对象来验证权限，从而在执行之前检查是否有权限执行该命令。

缺点

可能导致系统复杂度增加：
- 如果系统中存在大量的命令类，可能会导致类的数量增加，进而使系统变得复杂。
- 每个命令都需要一个具体的类来实现，这可能会导致类爆炸。
内存消耗增加：
- 如果命令对象被频繁创建，特别是在需要撤销或重做功能时，可能会导致内存消耗增加。
- 特别是在没有及时清理不再需要的命令对象时，内存占用会更高。
性能问题：
- 命令模式增加了额外的抽象层，可能会导致一些性能上的损耗，尤其是在需要频繁执行命令的情况下。
- 可能不适合简单场景：

对于非常简单的应用场景，使用命令模式可能会显得过于复杂，没有必要引入这种模式。

UML 图

在这里插入图片描述

实现代码

命令接口 (CommandInterface)

这个接口声明了所有命令对象都应该遵循的方法签名。

public interface CommandInterface {
    void execute();

}

具体命令类 (ConcreteCommandClass)

这个类负责调用接收者的 openMobile() 方法，并添加了一些额外的操作（如“掏出口袋”）。

public class ConcreteCommandClass implements CommandInterface{
    private Receiver receiver;

    public ConcreteCommandClass(Receiver receiver){
        this.receiver = receiver;
    }

    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("掏出口袋");
        receiver.openMobile();
    }
}

具体命令类 (ConcreteCommandClass1)

这个类负责调用接收者的 closeMoblie() 方法，并添加了一些额外的操作（如“放回口袋”）。

public class ConcreteCommandClass1 implements CommandInterface{

    private Receiver receiver;

    public ConcreteCommandClass1(Receiver receiver){
        this.receiver = receiver;
    }

    @Override
    public void execute() {
        receiver.closeMoblie();
        System.out.println("放回口袋");
    }
}

接收者

这个类包含了实际要执行的操作。

public class Receiver {

    public void openMobile(){
        System.out.println("打开手机");
    }

    public void closeMoblie(){
        System.out.println("关闭手机");
    }

}

主调用 (Main)

在这里创建了具体的命令对象，并调用了它们的 execute() 方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ConcreteCommandClass concreteCommandClass = new ConcreteCommandClass(new Receiver());
        concreteCommandClass.execute();
        ConcreteCommandClass1 concreteCommandClass1 = new ConcreteCommandClass1(new Receiver());
        concreteCommandClass1.execute();
    }
}

这个示例展示了命令模式的基本应用，通过将请求封装成对象，使得发送请求的对象和执行请求的对象之间松耦合。

命令模式应用场景

用户界面设计中的按钮和菜单项
在图形用户界面（GUI）应用程序中，命令模式可以用来处理用户交互事件。例如，当用户点击一个按钮或选择一个菜单项时，可以创建一个命令对象来表示这个请求，然后在适当的时候执行该命令。
宏命令和批处理
命令模式非常适合于构建宏命令或批处理命令。可以将多个简单的命令组合成一个复合命令，这样就可以一次执行一系列操作。例如，在文本编辑器中，可以定义一个宏来执行一系列编辑命令。
支持撤销功能（Undo/Redo）
命令模式可以很容易地支持撤销和重做功能。每个命令对象都可以记录其执行前后的状态，这样在需要撤销操作时可以恢复到之前的状态。这对于许多应用程序来说都是非常有用的特性，比如文本编辑器、绘图工具等。
解耦发送者与接收者
命令模式使得发送者和接收者之间的耦合度降低。发送者只需要知道如何发送命令，而不需要关心命令的具体实现细节。这使得系统更加灵活，可以在运行时动态改变命令的执行方式。
支持事务处理
在某些情况下，命令模式可以用来模拟事务处理。一组命令可以作为一个整体来执行，如果其中一个命令失败，则整个事务回滚。这对于一些需要保证数据一致性的场景非常有用。
异步命令执行
命令模式可以用来支持异步命令执行。命令对象可以在创建时立即被处理，也可以存储起来稍后由调度器统一执行。这对于需要异步处理的任务队列非常有用。
多线程环境下的任务调度
在多线程环境中，命令模式可以用来封装任务，并将其放入线程池中执行。这样可以方便地管理任务的执行顺序和优先级。

实际案例

编辑器中的撤销功能：用户在编辑器中进行了一系列操作，每个操作都被封装成一个命令对象。这些命令对象可以存储在一个栈中，用户可以选择撤销上一步操作，实际上是从栈中取出最后一个命令对象并执行它的撤销方法。
智能家居控制系统：用户可以通过语音助手控制家中的各种设备（如灯光、空调等）。语音助手接收到指令后，可以创建一个命令对象来表示这个请求，并通过网络发送给相应的设备进行处理。

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