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java设计模式:命令模式

前言

在软件开发系统中,“方法的请求者”与“方法的实现者”之间经常存在紧密的耦合关系,这不利于软件功能的扩展与维护。例如,想对方法进行“撤销、重做、记录”等处理都很不方便,因此“如何将方法的请求者与实现者解耦?”变得很重要,命令模式就能很好地解决这个问题。


在现实生活中,命令模式的例子也很多。比如看电视时,我们只需要轻轻一按遥控器就能完成频道的切换,这就是命令模式,将换台请求和换台处理完全解耦了。电视机遥控器(命令发送者)通过按钮(具体命令)来遥控电视机(命令接收者)。


再比如,我们去餐厅吃饭,菜单不是等到客人来了之后才定制的,而是已经预先配置好的。这样,客人来了就只需要点菜,而不是任由客人临时定制。餐厅提供的菜单就相当于把请求和处理进行了解耦,这就是命令模式的体现。


定义与特点

命令(Command)模式的定义如下:将一个请求封装为一个对象,使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通,这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。


优点

通过引入中间件(抽象接口)降低系统的耦合度。
扩展性良好,增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类,且满足“开闭原则”。
可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合,将多个命令装配成一个组合命令,即宏命令。
方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合,实现命令的撤销与恢复。
可以在现有命令的基础上,增加额外功能。比如日志记录,结合装饰器模式会更加灵活。

缺点

可能产生大量具体的命令类。因为每一个具体操作都需要设计一个具体命令类,这会增加系统的复杂性。
命令模式的结果其实就是接收方的执行结果,但是为了以命令的形式进行架构、解耦请求与实现,引入了额外类型结构(引入了请求方与抽象命令接口),增加了理解上的困难。不过这也是设计模式的通病,抽象必然会额外增加类的数量,代码抽离肯定比代码聚合更加难理解。
命令模式的结构与实现
可以将系统中的相关操作抽象成命令,使调用者与实现者相关分离,其结构如下。

结构

抽象命令类(Command)角色:声明执行命令的接口,拥有执行命令的抽象方法 execute()。
具体命令类(Concrete Command)角色:是抽象命令类的具体实现类,它拥有接收者对象,并通过调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
实现者/接收者(Receiver)角色:执行命令功能的相关操作,是具体命令对象业务的真正实现者。
调用者/请求者(Invoker)角色:是请求的发送者,它通常拥有很多的命令对象,并通过访问命令对象来执行相关请求,它不直接访问接收者。
在这里插入图片描述

实现

命令模式的代码如下:


package command;
public class CommandPattern {
public static void main(String[] args) {
Command cmd = new ConcreteCommand();
Invoker ir = new Invoker(cmd);
System.out.println("客户访问调用者的call()方法...");
ir.call();
}
}

//调用者


class Invoker {
private Command command;
public Invoker(Command command) {
this.command = command;
}
public void setCommand(Command command) {
this.command = command;
}
public void call() {
System.out.println("调用者执行命令command...");
command.execute();
}
}

//抽象命令


interface Command {
public abstract void execute();
}

//具体命令



class ConcreteCommand implements Command {
private Receiver receiver;
ConcreteCommand() {
receiver = new Receiver();
}
public void execute() {
receiver.action();
}
}

//接收者


class Receiver {
public void action() {
System.out.println("接收者的action()方法被调用...");
}
}

程序的运行结果如下:



客户访问调用者的call()方法...
调用者执行命令command...
接收者的action()方法被调用...

实例


假如我们开发一个播放器,播放器播放功能、拖动进度条功能、停止播放功能、暂停功能,我们在操作播发器的时候并不知道之间调用播放器
哪个功能,而是通过一个控制传达去传递指令给播放器内核,具体传达什么指令,会被封装成一个个按钮。那么每个按钮就相当于一条命令的封装。
用控制条实现了用户发送指令与播放器内核接收指令的解耦。下面来看代码,首先创建播放器内核类:



public class GPlayer {
public void play() {
System.out.println("正常播放");
}

public void speed() {
System.out.println("拖动进度条");
}

public void stop() {
System.out.println("停止播放");
}

public void pause() {
System.out.println("暂停播放");
}
}

创建命令接口:



public interface IAction {
void execute();
}

创建播放指令类:


public class PlayAction implements IAction {
private GPlayer gplayer;

public PlayAction(GPlayer gplayer) {
this.gplayer = gplayer;
}

public void execute() {
gplayer.play();
}
}

创建暂停指令类:


public class PauseAction implements IAction {
private GPlayer gplayer;

public PauseAction(GPlayer gplayer) {
this.gplayer = gplayer;
}

public void execute() {
gplayer.pause();
}
}

创建拖动进度条类:


public class SpeedAction implements IAction {
private GPlayer gplayer;

public SpeedAction(GPlayer gplayer) {
this.gplayer = gplayer;
}

public void execute() {
gplayer.speed();
}
}

创建停止播放指令:


public class StopAction implements IAction {
private GPlayer gplayer;

public StopAction(GPlayer gplayer) {
this.gplayer = gplayer;
}

public void execute() {
gplayer.stop();
}
}

创建控制条controller类:



public class Controller {
private List<IAction> actions = new ArrayList<IAction>();

public void addAction(IAction action) {
actions.add(action);
}

public void execute(IAction action) {
action.execute();
}

public void executes() {
for (IAction action : actions) {
action.execute();
}
actions.clear();
}
}

从上面代码来看,控制条可以执行单条命令,也可以批量执行多条命令。下面看客户端的测试代码:



public class Test {
public static void main(String[] args) {

GPlayer player = new GPlayer();
Controller controller = new Controller();
controller.execute(new PlayAction(player));

controller.addAction(new PauseAction(player));
controller.addAction(new PlayAction(player));
controller.addAction(new StopAction(player));
controller.addAction(new SpeedAction(player));
controller.executes();
}
}

由于控制条已经与播放器内核解耦了,以后如果想扩展新命令,只需要增加命令即可,控制条的结构无须改动。


java源码中的命令模式


首先来看 JDK 中的 Runnable 接口,Runnable 相当于命令模式中的抽象命令角色。Runnable 中的 run() 方法就当于 execute() 方法。



public interface Runnable {
public abstract void run();
}
public class T implements Runnable {
@Override
public void run() {
LazySingleton lazySingleton = LazySingleton.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + lazySingleton);
}
}

public class Test {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new T());
Thread t2 = new Thread(new T());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("Program End");
}
}

只要是实现了 Runnable 接口的类都被认为是一个线程,相当于命令模式中的具体命令角色。


实际上调用线程的 start() 方法之后,就有资格去抢 CPU 资源,而不需要编写获得 CPU 资源的逻辑。而线程抢到 CPU 资源后,就会执行 run() 方法中的内容,用 Runnable 接口把用户请求和 CPU 执行进行解耦。


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