设计模式——命令模式

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。

命令模式的定义与特点

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。

命令模式的主要优点如下。

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。

其缺点是：

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。

1. 模式的结构

命令模式包含以下主要角色。

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。

其结构图如图 1 所示。

命令模式的结构图

2. 模式的实现

首先定义一个命令的接收者，也就是到最后真正执行命令的那个人：

public abstract class AbstractReceiver {/*** 抽象接收者，定义每个接收者都必须完成的业务*/public abstract void doSomething();
}

public class CoderReceiver extends AbstractReceiver{/*** 抽象接收者，定义每个接收者都必须完成的业务*/@Overridepublic void doSomething(){System.out.println("接受者修改了一行bug");}
}


public class TestReceiver extends AbstractReceiver{/*** 抽象接收者，定义每个接收者都必须完成的业务*/@Overridepublic void doSomething(){System.out.println("接受者处理了一个bug测试");}
}

抽象命令：

public abstract class AbstractCommand {/*** 将任务接受者交给子类*/protected AbstractReceiver receiver ;public AbstractReceiver getReceiver() {return receiver;}public void setReceiver(AbstractReceiver receiver) {this.receiver = receiver;}public AbstractCommand(AbstractReceiver receiver) {this.receiver = receiver;}/*** 执行命令*/public abstract void execute() ;}

public class CoderCommand extends AbstractCommand {@Overridepublic AbstractReceiver getReceiver() {return super.getReceiver();}@Overridepublic void setReceiver(AbstractReceiver receiver) {super.setReceiver(receiver);}public CoderCommand(AbstractReceiver receiver) {super(receiver);}public CoderCommand() {super(new CoderReceiver());}@Overridepublic void execute() {super.receiver.doSomething();}
}

public class TestCommand extends  AbstractCommand{@Overridepublic AbstractReceiver getReceiver() {return super.getReceiver();}@Overridepublic void setReceiver(AbstractReceiver receiver) {super.setReceiver(receiver);}public TestCommand(AbstractReceiver receiver) {super(receiver);}public TestCommand() {super(new TestReceiver());}@Overridepublic void execute() {super.receiver.doSomething();}
}

调用者：

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

测试：

public class Test {public static void main(String[] args) {Invoker invoker = new Invoker(new CoderCommand());invoker.call();}
}

运行：

调用者执行命令command...
修改了一行bug

Spring源码体现

熟记以下三种角色，一起来看下Spring是如何使用命令模式的

命令调用角色 => org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate#query(String s, ResultSetExtractor) ;
命令角色 =>org.springframework.jdbc.core.StatementCallback#doInStatement(Statement smt);
命令接受角色 =>org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate#execute(StatementCallback);

使用IDEA 双击shift查找类，进入org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate，找到query() 方法，找到query(final String sql, final ResultSetExtractor rse)。

源码如下：

@Override
@Nullable
public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {
// 省略非核心代码.../*** Callback to execute the query.*/class QueryStatementCallback implements StatementCallback<T>, SqlProvider {@Override@Nullablepublic T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {ResultSet rs = null;try {rs = stmt.executeQuery(sql);return rse.extractData(rs);}finally {JdbcUtils.closeResultSet(rs);}}@Overridepublic String getSql() {return sql;}}//命令调用者return execute(new QueryStatementCallback());}

在代码的QueryStatementCallback类中可以看到它实现了StatementCallback接口，这个接口只有一个方法 doInStatement(Statement stmt)。将命令参数化如图：

根据传递的命令不同，执行execute()。

源码如下：

@Override@Nullablepublic <T> T execute(StatementCallback<T> action) throws DataAccessException {// 省略非关键代码 。。。Connection con = DataSourceUtils.getConnection(obtainDataSource());Statement stmt = null;try {stmt = con.createStatement();applyStatementSettings(stmt);T result = action.doInStatement(stmt);handleWarnings(stmt);return result;}catch (SQLException ex) {// Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock// in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.String sql = getSql(action);JdbcUtils.closeStatement(stmt);stmt = null;DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());}finally {JdbcUtils.closeStatement(stmt);DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());}}

命令模式的应用实例

【例1】用命令模式实现客户去餐馆吃早餐的实例。

分析：客户去餐馆可选择的早餐有肠粉、河粉和馄饨等，客户可向服务员选择以上早餐中的若干种，服务员将客户的请求交给相关的厨师去做。这里的点早餐相当于“命令”，服务员相当于“调用者”，厨师相当于“接收者”，所以用命令模式实现比较合适。

首先，定义一个早餐类（Breakfast），它是抽象命令类，有抽象方法 cooking()，说明要做什么；
再定义其子类肠粉类（ChangFen）、馄饨类（HunTun）和河粉类（HeFen），它们是具体命令类，实现早餐类的 cooking() 方法，但它们不会具体做，而是交给具体的厨师去做；
具体厨师类有肠粉厨师（ChangFenChef）、馄饨厨师（HunTunChef）和河粉厨师（HeFenChef），他们是命令的接收者。

由于本实例要显示厨师做菜的效果图（点此下载要显示的效果图），所以把每个厨师类定义为 JFrame 的子类；最后，定义服务员类（Waiter），它接收客户的做菜请求，并发出做菜的命令。客户类是通过服务员类来点菜的，图 2 所示是其结构图。

客户在餐馆吃早餐的结构图

package command;
import javax.swing.*;
public class CookingCommand {public static void main(String[] args) {Breakfast food1 = new ChangFen();Breakfast food2 = new HunTun();Breakfast food3 = new HeFen();Waiter fwy = new Waiter();fwy.setChangFen(food1);//设置肠粉菜单fwy.setHunTun(food2);  //设置河粉菜单fwy.setHeFen(food3);   //设置馄饨菜单fwy.chooseChangFen();  //选择肠粉fwy.chooseHeFen();     //选择河粉fwy.chooseHunTun();    //选择馄饨}
}
//调用者：服务员
class Waiter {private Breakfast changFen, hunTun, heFen;public void setChangFen(Breakfast f) {changFen = f;}public void setHunTun(Breakfast f) {hunTun = f;}public void setHeFen(Breakfast f) {heFen = f;}public void chooseChangFen() {changFen.cooking();}public void chooseHunTun() {hunTun.cooking();}public void chooseHeFen() {heFen.cooking();}
}
//抽象命令：早餐
interface Breakfast {public abstract void cooking();
}
//具体命令：肠粉
class ChangFen implements Breakfast {private ChangFenChef receiver;ChangFen() {receiver = new ChangFenChef();}public void cooking() {receiver.cooking();}
}
//具体命令：馄饨
class HunTun implements Breakfast {private HunTunChef receiver;HunTun() {receiver = new HunTunChef();}public void cooking() {receiver.cooking();}
}
//具体命令：河粉
class HeFen implements Breakfast {private HeFenChef receiver;HeFen() {receiver = new HeFenChef();}public void cooking() {receiver.cooking();}
}
//接收者：肠粉厨师
class ChangFenChef extends JFrame {private static final long serialVersionUID = 1L;JLabel l = new JLabel();ChangFenChef() {super("煮肠粉");l.setIcon(new ImageIcon("src/command/ChangFen.jpg"));this.add(l);this.setLocation(30, 30);this.pack();this.setResizable(false);this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);}public void cooking() {this.setVisible(true);}
}
//接收者：馄饨厨师
class HunTunChef extends JFrame {private static final long serialVersionUID = 1L;JLabel l = new JLabel();HunTunChef() {super("煮馄饨");l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HunTun.jpg"));this.add(l);this.setLocation(350, 50);this.pack();this.setResizable(false);this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);}public void cooking() {this.setVisible(true);}
}
//接收者：河粉厨师
class HeFenChef extends JFrame {private static final long serialVersionUID = 1L;JLabel l = new JLabel();HeFenChef() {super("煮河粉");l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HeFen.jpg"));this.add(l);this.setLocation(200, 280);this.pack();this.setResizable(false);this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);}public void cooking() {this.setVisible(true);}
}

程序的运行结果如图 2 所示。

客户在餐馆吃早餐的运行结果

图2 客户在餐馆吃早餐的运行结果

命令模式的应用场景

当系统的某项操作具备命令语义，且命令实现不稳定（变化）时，可以通过命令模式解耦请求与实现。使用抽象命令接口使请求方的代码架构稳定，封装接收方具体命令的实现细节。接收方与抽象命令呈现弱耦合（内部方法无需一致），具备良好的扩展性。

命令模式通常适用于以下场景。

请求调用者需要与请求接收者解耦时，命令模式可以使调用者和接收者不直接交互。
系统随机请求命令或经常增加、删除命令时，命令模式可以方便地实现这些功能。
当系统需要执行一组操作时，命令模式可以定义宏命令来实现该功能。
当系统需要支持命令的撤销（Undo）操作和恢复（Redo）操作时，可以将命令对象存储起来，采用备忘录模式来实现。

命令模式的扩展

在软件开发中，有时将命令模式与前面学的组合模式联合使用，这就构成了宏命令模式，也叫组合命令模式。宏命令包含了一组命令，它充当了具体命令与调用者的双重角色，执行它时将递归调用它所包含的所有命令，其具体结构图如图 3 所示。

组合命令模式的结构图

图3 组合命令模式的结构图

package command;
import java.util.ArrayList;
public class CompositeCommandPattern {public static void main(String[] args) {AbstractCommand cmd1 = new ConcreteCommand1();AbstractCommand cmd2 = new ConcreteCommand2();CompositeInvoker ir = new CompositeInvoker();ir.add(cmd1);ir.add(cmd2);System.out.println("客户访问调用者的execute()方法...");ir.execute();}
}
//抽象命令
interface AbstractCommand {public abstract void execute();
}
//树叶构件: 具体命令1
class ConcreteCommand1 implements AbstractCommand {private CompositeReceiver receiver;ConcreteCommand1() {receiver = new CompositeReceiver();}public void execute() {receiver.action1();}
}
//树叶构件: 具体命令2
class ConcreteCommand2 implements AbstractCommand {private CompositeReceiver receiver;ConcreteCommand2() {receiver = new CompositeReceiver();}public void execute() {receiver.action2();}
}
//树枝构件: 调用者
class CompositeInvoker implements AbstractCommand {private ArrayList<AbstractCommand> children = new ArrayList<AbstractCommand>();public void add(AbstractCommand c) {children.add(c);}public void remove(AbstractCommand c) {children.remove(c);}public AbstractCommand getChild(int i) {return children.get(i);}public void execute() {for (Object obj : children) {((AbstractCommand) obj).execute();}}
}
//接收者
class CompositeReceiver {public void action1() {System.out.println("接收者的action1()方法被调用...");}public void action2() {System.out.println("接收者的action2()方法被调用...");}
}

程序的运行结果如下：

客户访问调用者的execute()方法...
接收者的action1()方法被调用...
接收者的action2()方法被调用...

当然，命令模式还可以同备忘录（Memento）模式组合使用，这样就变成了可撤销的命令模式，这将在后面介绍。

参考：

命令模式（一）

命令模式（二）

命令模式在框架（JDK和JUnit）源码中的应用