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Spring框架之命令模式 (Command Pattern)

article 2024/11/17 23:23:57

命令模式（Command Pattern）详解

命令模式（Command Pattern）是一种行为型设计模式，它将请求封装成一个对象，从而使你可以用不同的请求对客户端进行参数化；对请求排队或记录日志，以及支持可撤销的操作。命令模式的核心思想是将请求的调用者与执行者解耦，使得请求发送者与请求处理者彼此独立。

1. 命令模式的定义

1.1 什么是命令模式？

命令模式是将请求封装成独立的命令对象，使得请求的发送者和请求的接收者完全解耦。每一个命令对象都实现一个统一的接口，并定义具体的执行操作。请求的发送者只需要知道如何调用命令对象，而不需要了解请求是如何被接收和执行的。

1.2 命令模式的关键思想

解耦请求的发送者和执行者：将操作的请求封装成一个命令对象，由命令对象执行具体的操作。
支持操作的撤销和恢复：通过记录命令的执行历史，可以实现操作的撤销和恢复功能。
易于扩展：新增命令只需扩展新的命令类，无需修改现有代码，符合开闭原则。

2. 命令模式的结构

命令模式通常由以下几个角色组成：

Command（命令接口）：定义了一个统一的接口，声明了 execute() 方法，用于执行具体的操作。
ConcreteCommand（具体命令类）：实现 Command 接口，并持有对 Receiver（接收者对象）的引用。在 execute() 方法中调用接收者的相关操作。
Receiver（接收者）：真正执行命令的对象，命令将请求传递给接收者执行。
Invoker（调用者）：请求的发送者，通过调用命令对象的 execute() 方法来执行命令。
Client（客户端）：创建具体的命令对象，并将其关联到接收者。然后将命令对象传递给调用者。

类图

Client
   |
Invoker
   |
Command Interface
   |
ConcreteCommand
   |
Receiver

3. 命令模式的实现

为了更好地理解命令模式，我们来看一个实际的示例。假设我们在开发一个遥控器应用程序，它可以控制电灯的开关操作。我们希望使用命令模式来设计该应用程序，以便支持电灯的开和关操作。

3.1 Java 示例代码

// 1. 命令接口
interface Command {
    void execute();
    void undo(); // 支持撤销操作
}

// 2. 接收者
class Light {
    public void turnOn() {
        System.out.println("灯已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("灯已关闭");
    }
}

// 3. 具体命令类 - 打开灯
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

    @Override
    public void undo() {
        light.turnOff(); // 撤销时关闭灯
    }
}

// 4. 具体命令类 - 关闭灯
class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

    @Override
    public void undo() {
        light.turnOn(); // 撤销时打开灯
    }
}

// 5. 调用者 - 遥控器
class RemoteControl {
    private Command command;

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

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

    public void pressUndo() {
        command.undo();
    }
}

// 6. 客户端代码
public class CommandPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建接收者
        Light light = new Light();

        // 创建具体命令对象
        Command lightOnCommand = new LightOnCommand(light);
        Command lightOffCommand = new LightOffCommand(light);

        // 创建调用者
        RemoteControl remote = new RemoteControl();

        // 打开灯操作
        remote.setCommand(lightOnCommand);
        remote.pressButton(); // 输出: 灯已打开
        remote.pressUndo();   // 输出: 灯已关闭

        // 关闭灯操作
        remote.setCommand(lightOffCommand);
        remote.pressButton(); // 输出: 灯已关闭
        remote.pressUndo();   // 输出: 灯已打开
    }
}

输出结果：

灯已打开
灯已关闭
灯已关闭
灯已打开

4. 命令模式的应用场景

命令模式适用于以下场景：

需要对操作进行记录、撤销、重做：比如文本编辑器的撤销和恢复功能。
需要参数化方法调用：可以将方法调用封装成命令对象，通过不同的参数传递到调用者。
需要将行为记录到日志：命令模式可以记录执行的命令以供稍后重放或日志分析。
支持宏命令（Macro Command）：将多个命令组合成一个命令，使得调用者只需要执行一个命令就能触发一系列操作。
解耦请求发送者和接收者：通过引入命令对象，发送者只需要知道命令接口而不需要知道具体实现。

5. 命令模式的优缺点

5.1 优点

降低系统耦合度：请求的发送者与接收者解耦，方便请求的扩展和变化。
支持撤销和恢复操作：通过引入 undo() 方法，可以轻松实现操作的撤销和恢复功能。
扩展性强：新增命令时，只需要添加新的命令类，而不需要修改现有的系统代码，符合开闭原则。
易于组合命令：可以将多个命令组合成一个宏命令，支持更复杂的操作。

5.2 缺点

增加系统复杂度：引入大量的命令类会增加系统的复杂度，尤其是在命令种类繁多的情况下。
可能导致过多的类：每个操作都需要定义一个新的命令类，当命令数量很多时，会导致系统中类的数量增加，管理起来较为困难。

6. 命令模式的实际应用

命令模式在实际开发中应用非常广泛，特别是在需要对操作进行封装、撤销和重做的场景中。以下是一些常见的应用场景：

图形用户界面（GUI）按钮操作：将按钮的点击操作封装成命令对象，便于管理和扩展。
任务调度系统：将任务封装成命令对象，可以轻松实现任务的排队、延迟执行等功能。
事务处理系统：数据库事务可以使用命令模式来实现，便于事务的回滚和恢复。
宏命令模式：在游戏开发中，可以使用命令模式记录玩家的操作，支持操作的撤销与重放。

7. 命令模式的扩展

7.1 宏命令（Macro Command）

命令模式的一个重要扩展是 宏命令（Macro Command）。宏命令是一种特殊的命令，它包含了多个命令对象，并通过一次执行操作，来顺序执行所有包含的命令。这在需要同时执行多个操作时非常有用。

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

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

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

    @Override
    public void undo() {
        for (int i = commands.size() - 1; i >= 0; i--) {
            commands.get(i).undo();
        }
    }
}