前言
在軟件設計中，我們經常需要向某些對象發送請求，但是並不知道請求的接收者是誰，也不知道被請求的操作是哪個，我們只需在程序運行時指定具體的請求接收者即可。此時，可以使用命令模式來進行設計，使得請求發送者與請求接收者消除彼此之間的耦合，讓對象之間的調用關系更加靈活。
命令模式可以對發送者和接收者完全解耦，發送者與接收者之間沒有直接引用關系，發送請求的對象只需要知道如何發送請求，而不必知道如何完成請求。這就是命令模式的模式動機。
定義
命令模式(Command Pattern)：將一個請求封裝為一個對象，從而使我們可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或者記錄請求日志，以及支持可撤銷的操作。命令模式是一種對象行為型模式，其別名為動作(Action)模式或事務(Transaction)模式。
組成結構
命令模式包含如下角色：
- Command: 抽象命令類
- ConcreteCommand: 具體命令類
- Invoker: 調用者
- Receiver: 接收者
- Client:客戶類
時序圖：
命令模式案例
我們將看一個現實生活中可以實現命令模式的場景。假設我們要為File System程序提供打開，寫入和關閉文件的方法。該文件系統程序應支持多種操作系統，例如Windows和Unix。
要實現我們的文件系統實用程序，首先，我們需要創建實際將完成所有工作的接收器類。
我們需要定義FileSystemReceiver接口及其實現類，以用於不同操作系統的風格，例如Windows，Unix，Solaris等
接收器類
package com.mushuwei.design.command;
public interface FileSystemReceiver {
void openFile();
void writeFile();
void closeFile();
}
FileSystemReceiver接口定義通用類。為簡單起見，我創建了兩種類型的接收器類以與Unix和Windows系統一起使用。
package com.mushuwei.design.command;
public class UnixFileSystemReceiver implements FileSystemReceiver {
@Override
public void openFile() {
System.out.println("Opening file in unix OS");
}
@Override
public void writeFile() {
System.out.println("Writing file in unix OS");
}
@Override
public void closeFile() {
System.out.println("Closing file in unix OS");
}
}
package com.mushuwei.design.command;
public class WindowsFileSystemReceiver implements FileSystemReceiver {
@Override
public void openFile() {
System.out.println("Opening file in Windows OS");
}
@Override
public void writeFile() {
System.out.println("Writing file in Windows OS");
}
@Override
public void closeFile() {
System.out.println("Closing file in Windows OS");
}
}
命令接口和實現
我們可以使用接口或實現類來創建基本Command,取決於您的設計。
package com.journaldev.design.command;
public interface Command {
void execute();
}
現在，我們需要為接收器執行的所有不同類型的動作創建實現。由於我們有三個動作，因此我們將創建三個Command實現。每個Command實現都會將請求轉發到適當的接收方方法。
package com.journaldev.design.command;
public class OpenFileCommand implements Command {
private FileSystemReceiver fileSystem;
public OpenFileCommand(FileSystemReceiver fs){
this.fileSystem=fs;
}
@Override
public void execute() {
//open command is forwarding request to openFile method
this.fileSystem.openFile();
}
}
package com.journaldev.design.command;
public class CloseFileCommand implements Command {
private FileSystemReceiver fileSystem;
public CloseFileCommand(FileSystemReceiver fs){
this.fileSystem=fs;
}
@Override
public void execute() {
this.fileSystem.closeFile();
}
}
package com.journaldev.design.command;
public class WriteFileCommand implements Command {
private FileSystemReceiver fileSystem;
public WriteFileCommand(FileSystemReceiver fs){
this.fileSystem=fs;
}
@Override
public void execute() {
this.fileSystem.writeFile();
}
}
現在我們已經准備好接收器和命令實現，因此可以開始實現調用程序類了。
調用者類
Invoker是一個簡單的類，它封裝Command，並將請求傳遞給Command對象以對其進行處理。
package com.journaldev.design.command;
public class FileInvoker {
public Command command;
public FileInvoker(Command c){
this.command=c;
}
public void execute(){
this.command.execute();
}
}
我們的文件系統程序實現已准備就緒，我們可以繼續編寫簡單的命令模式客戶端程序。但在此之前，我將提供一種程序方法來創建適當的FileSystemReceiver對象。
因為我們可以使用System類來獲取操作系統信息，我們將使用此類，當然我們也可以使用Factory模式來基於輸入返回適當的類型。
package com.journaldev.design.command;
public class FileSystemReceiverUtil {
public static FileSystemReceiver getUnderlyingFileSystem(){
String osName = System.getProperty("os.name");
System.out.println("Underlying OS is:"+osName);
if(osName.contains("Windows")){
return new WindowsFileSystemReceiver();
}else{
return new UnixFileSystemReceiver();
}
}
}
現在我們開始為文件系統程序結合命令模式來創建客戶端程序了。
package com.journaldev.design.command;
public class FileSystemClient {
public static void main(String[] args) {
//創建接收器類
FileSystemReceiver fs = FileSystemReceiverUtil.getUnderlyingFileSystem();
//創建命令並和接收器進行關聯
OpenFileCommand openFileCommand = new OpenFileCommand(fs);
//創建調用者類和命令進行關聯
FileInvoker file = new FileInvoker(openFileCommand);
//在調用者類中執行動作
file.execute();
WriteFileCommand writeFileCommand = new WriteFileCommand(fs);
file = new FileInvoker(writeFileCommand);
file.execute();
CloseFileCommand closeFileCommand = new CloseFileCommand(fs);
file = new FileInvoker(closeFileCommand);
file.execute();
}
}
注意，客戶端負責創建適當類型的命令對象。例如，如果要打開文件，則不應創建CloseFileCommand對象
客戶端程序還負責將接收方附加到命令，然后將命令附加到調用方類。
演示
上面的命令模式示例程序的輸出為：
Underlying OS is:Mac OS X
Opening file in unix OS
Writing file in unix OS
Closing file in unix OS
模式分析
命令模式的本質是對命令進行封裝，將發出命令的責任和執行命令的責任分割開。
- 每一個命令都是一個操作：請求的一方發出請求，要求執行一個操作；接收的一方收到請求，並執行操作。
- 命令模式允許請求的一方和接收的一方獨立開來，使得請求的一方不必知道接收請求的一方的接口，更不必知道請求是怎么被接收，以及操作是否被執行、何時被執行，以及是怎么被執行的。
- 命令模式使請求本身成為一個對象，這個對象和其他對象一樣可以被存儲和傳遞。
- 命令模式的關鍵在於引入了抽象命令接口，且發送者針對抽象命令接口編程，只有實現了抽象命令接口的具體命令才能與接收者相關聯。
優缺點
命令模式的優點
- 降低系統的耦合度。
- 新的命令可以很容易地加入到系統中。
- 可以比較容易地設計一個命令隊列和宏命令（組合命令）。
- 可以方便地實現對請求的Undo和Redo。
命令模式的缺點
- 使用命令模式可能會導致某些系統有過多的具體命令類。因為針對每一個命令都需要設計一個具體命令類，因此某些系統可能需要大量具體命令類，這將影響命令模式的使用。
適用環境
在以下情況下可以使用命令模式：
- 系統需要將請求調用者和請求接收者解耦，使得調用者和接收者不直接交互。
- 系統需要在不同的時間指定請求、將請求排隊和執行請求。
- 系統需要支持命令的撤銷(Undo)操作和恢復(Redo)操作。
- 系統需要將一組操作組合在一起，即支持宏命令
總結
- 在命令模式中，將一個請求封裝為一個對象，從而使我們可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或者記錄請求日志，以及支持可撤銷的操作。命令模式是一種對象行為型模式，其別名為動作模式或事務模式。
- 命令模式包含四個角色：抽象命令類中聲明了用於執行請求的execute()等方法，通過這些方法可以調用請求接收者的相關操作；具體命令類是抽象命令類的子類，實現了在抽象命令類中聲明的方法，它對應具體的接收者對象，將接收者對象的動作綁定其中；調用者即請求的發送者，又稱為請求者，它通過命令對象來執行請求；接收者執行與請求相關的操作，它具體實現對請求的業務處理。
- 命令模式的本質是對命令進行封裝，將發出命令的責任和執行命令的責任分割開。命令模式使請求本身成為一個對象，這個對象和其他對象一樣可以被存儲和傳遞。
- 命令模式的主要優點在於降低系統的耦合度，增加新的命令很方便，而且可以比較容易地設計一個命令隊列和宏命令，並方便地實現對請求的撤銷和恢復；其主要缺點在於可能會導致某些系統有過多的具體命令類。
- 命令模式適用情況包括：需要將請求調用者和請求接收者解耦，使得調用者和接收者不直接交互；需要在不同的時間指定請求、將請求排隊和執行請求；需要支持命令的撤銷操作和恢復操作，需要將一組操作組合在一起，即支持宏命令。