行为设计模式之Command （命令）

news2025/6/8 21:37:21

行为设计模式之Command （命令）

前言：

需要发出请求的对象（调用者）和接收并执行请求的对象（执行者）之间没有直接依赖关系时。比如遥控器每个按钮绑定一个command对象，这个Command对象内部持有真正执行操作的Receiver（如文档编辑器、打印服务）的引用，并知道调用Receiver的哪个方法。改变按钮功能只需更换绑定的Command对象。

1）意图

将一个请求封装为一个对象，从而使得可以用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

2）结构

其中：

Command 声明执行器的操作接口。
ConcreteCommand 将一个接收者绑定于一个动作：调用接收者相应的操作，以实现Execute。
Client 创建一个具体命令对象并设定它的接收者。
Invoker 要求该命令执行这个请求。
Receiver 知道如何实施于执行一个请求的操作。任何类都可能作为一个接收者。

3）适用性

Command 模式适用于：

抽象出待执行的动作以参数化某对象。
在不同的时刻指定、排列和执行请求。
支持取消操作。
支持修改日志。
用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。

/**
 * @author psd 行为设计模式之命令模式
 */
public class CommandPattern {
    public static void main(String[] args) {
        // 接收者
        Tv tv = new Tv();
        // 命令对象开
        Command openCommand = new OpenTvCommand(tv);
        // 命令对象关闭
        Command closeCommand = new CloseTvCommand(tv);
        Invoker invoker = new Invoker();
        invoker.setCommand(openCommand);
        invoker.executeCommand();
        System.out.println("-----------------");
        invoker.setCommand(closeCommand);
        invoker.executeCommand();
    }
}

/**
 * 请求者
 */
class Invoker {
    private Command command;

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

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

interface Command {
    /**
     * 执行命令
     */
    void execute();
}

class CloseTvCommand implements Command {

    private Tv tv;

    public CloseTvCommand(Tv tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void execute() {
        tv.close();
    }
}

/**
 * 打开电视机
 */
class OpenTvCommand implements Command {

    private Tv tv;

    public OpenTvCommand(Tv tv) {
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void execute() {
        tv.open();
    }
}

class Tv {
    public void open() {
        System.out.println("打开电视机");
    }

    public void close() {
        System.out.println("关闭电视机");
    }
}

以下是命令模式最常见的应用场景：

1、请求调用者与执行者解耦：

场景描述：当需要让发出请求的对象（调用者）和接收并执行请求的对象（执行者）之间没有直接的依赖关系时。

典型例子：

GUI 按钮/菜单操作：一个按钮（调用者）不知道点击后具体要执行什么操作（打开文件、保存、打印）。按钮只绑定一个Command对象。这个Command对象内部持有真正执行操作的Receiver（如文档编辑器、打印服务）的引用，并知道调用Receiver的哪个方法。改变按钮功能只需更换绑定的Command对象。

遥控器/智能家居：遥控器（调用者）上的按钮不知道具体控制哪个设备（灯、风扇、电视 - 执行者）。每个按钮绑定一个Command对象（如LightOnCommand），该对象知道如何调用特定设备（Light）的方法（turnOn()）。

好处： 调用者完全不需要知道执行者的具体类型和接口，只需知道如何调用命令对象的execute()方法。极大地提高了系统的灵活性和可扩展性。

2、实现操作的队列化、调度与延迟执行：

场景描述：需要将请求放入队列中排队执行，或者安排请求在特定时间执行（延迟执行），或者在后台线程执行。

典型例子：

线程池/任务队列：将Command对象（代表任务）提交到线程池的工作队列中。线程池的工作线程从队列中取出Command对象并调用其execute()方法。线程池本身只关心命令接口，不关心具体任务是什么。

批处理操作：用户执行一系列操作（如多个文件操作），可以先将每个操作封装成Command对象，放入一个队列。然后一次性按顺序（或根据策略）执行整个队列的命令。

日志记录与重放/事务系统：记录执行的命令序列，可以在系统崩溃后重新执行这些命令来恢复状态，或者用于审计、回滚事务。

好处：命令对象封装了执行所需的所有信息（接收者、方法、参数），使其易于存储、传输和调度。

3、实现撤销（Undo）和重做（Redo）功能：

场景描述：这是命令模式最经典的应用之一。系统需要支持撤销用户最近的操作，或者重新执行被撤销的操作。

典型例子：

文本编辑器：每次编辑操作（插入、删除、格式化）都封装成一个Command对象（如InsertCommand, DeleteCommand）。命令对象在执行execute()时会记录执行前的状态（如被删除的文本及其位置）。命令对象还需要实现unexecute()或undo()方法，利用记录的信息恢复到执行前的状态。一个历史栈保存已执行的命令，撤销就是弹出栈顶命令并调用其undo()；重做则是将撤销栈顶的命令重新执行并压入执行栈。

绘图软件：类似文本编辑器，每个绘图操作（画线、添加形状、移动、改变颜色）都封装成命令对象，支持撤销/重做。

好处：命令对象天然地封装了执行操作和撤销操作所需的所有信息（接收者、执行方法、执行前的状态）。管理命令历史栈是实现撤销/重做的关键。

4、实现宏命令：

场景描述：需要将一系列操作组合成一个单一的操作（宏）。

典型例子：

批处理脚本/自动化：创建一个MacroCommand类，它本身也是一个Command对象，但内部持有一个Command对象的集合。调用MacroCommand.execute()会依次执行集合中所有命令的execute()方法。MacroCommand.undo()会按相反顺序调用所有命令的undo()方法。

复杂界面初始化/配置：将多个界面设置操作组合成一个宏命令，一键应用所有配置。

好处：利用组合模式，将简单命令组合成复杂命令，对调用者透明。

支持事务性行为：

场景描述：需要确保一组操作要么全部成功执行，要么全部不执行（原子性）。

典型例子：在执行一系列命令（代表数据库操作步骤）时，如果其中任何一步失败，可以调用之前所有已成功执行命令的undo()方法进行回滚，恢复到初始状态。

好处：每个命令的execute()和undo()方法提供了实现简单事务语义的基础。

总结关键场景特征：

当你遇到以下需求时，考虑命令模式：

“把动作的请求者从动作的执行者对象中解耦出来。”

“需要在不同的时间点指定、排队和执行请求。”

“需要支持撤销操作。”

“需要支持记录日志，以便在系统崩溃时能重新执行这些命令恢复状态。”