設計模式詳解——命令模式

本篇文章介紹一種設計模式——命令模式。本篇文章內容參考《JAVA與模式》之命令模式。

一、命令模式的概念

命令模式屬於對象的行爲模式。命令模式又稱爲行動(Action)模式或交易(Transaction)模式。

命令模式把一個請求或者操作封裝到一個對象中。命令模式允許系統使用不同的請求把客戶端參數化，具有請求排隊或者記錄請求日誌，提供命令的撤銷和恢復的功能。

命令模式可以將請求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係，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。

二、命令模式的結構

命令模式是對命令的封裝。命令模式把發出命令的責任和執行命令的責任分割開，委派給不同的對象。

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麼被接收，以及操作是否被執行、何時被執行，以及是怎麼被執行的。

下面以一個示意性的系統，說明命令模式的結構。

命令模式涉及到五個角色，它們分別是：

●　　客戶端(Client)角色：創建請求者，接收者以及命令對象，執行具體邏輯。

●　　命令(Command)角色：聲明瞭一個給所有具體命令類的抽象接口。

●　　具體命令(ConcreteCommand)角色：定義一個接收者和行爲之間的弱耦合；實現execute()方法，負責調用接收者的相應操作。execute()方法通常叫做執行方法。

●　　請求者(Invoker)角色：負責調用命令對象執行請求，相關的方法叫做行動方法。

●　　接收者(Receiver)角色：負責具體實施和執行一個請求。任何一個類都可以成爲接收者，實施和執行請求的方法叫做行動方法。

時序圖

接收者角色類

public class Receiver {
    /**
     * 真正執行命令相應的操作
     */
    public void action(){
        System.out.println("執行操作");
    }
}

抽象命令角色類

public interface Command {
    /**
     * 執行方法
     */
    void execute();
}

具體命令角色類

public class ConcreteCommand implements Command {
    //持有相應的接收者對象
    private Receiver receiver = null;
    /**
     * 構造方法
     */
    public ConcreteCommand(Receiver receiver){
        this.receiver = receiver;
    }
    @Override
    public void execute() {
        //通常會轉調接收者對象的相應方法，讓接收者來真正執行功能
        receiver.action();
    }

}

請求者角色類

public class Invoker {
    /**
     * 持有命令對象
     */
    private Command command = null;
    /**
     * 構造方法
     */
    public Invoker(Command command){
        this.command = command;
    }
    /**
     * 行動方法
     */
    public void action(){

        command.execute();
    }
}

客戶端角色類

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //創建接收者
        Receiver receiver = new Receiver();
        //創建命令對象，設定它的接收者
        Command command = new ConcreteCommand(receiver);
        //創建請求者，把命令對象設置進去
        Invoker invoker = new Invoker(command);
        //執行方法
        invoker.action();
    }

}

三、命令模式的具體實例

AudioPlayer系統

小女孩茱麗(Julia)有一個盒式錄音機，此錄音機有播音(Play)、倒帶(Rewind)和停止(Stop)功能，錄音機的鍵盤便是請求者(Invoker)角色；茱麗(Julia)是客戶端角色，而錄音機便是接收者角色。Command類扮演抽象命令角色，而PlayCommand、StopCommand和RewindCommand便是具體命令類。茱麗(Julia)不需要知道播音(play)、倒帶(rewind)和停止(stop)功能是怎麼具體執行的，這些命令執行的細節全都由鍵盤(Keypad)具體實施。茱麗(Julia)只需要在鍵盤上按下相應的鍵便可以了。

錄音機是典型的命令模式。錄音機按鍵把客戶端與錄音機的操作細節分割開來。

接收者角色，由錄音機類扮演

public class AudioPlayer {

    public void play(){
        System.out.println("播放...");
    }

    public void rewind(){
        System.out.println("倒帶...");
    }

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

抽象命令角色類

public interface Command {
    /**
     * 執行方法
     */
    public void execute();
}

具體命令角色類

public class PlayCommand implements Command {

    private AudioPlayer myAudio;

    public PlayCommand(AudioPlayer audioPlayer){
        myAudio = audioPlayer;
    }
    /**
     * 執行方法
     */
    @Override
    public void execute() {
        myAudio.play();
    }

}

public class RewindCommand implements Command {

    private AudioPlayer myAudio;

    public RewindCommand(AudioPlayer audioPlayer){
        myAudio = audioPlayer;
    }
    @Override
    public void execute() {
        myAudio.rewind();
    }

}

public class StopCommand implements Command {
    private AudioPlayer myAudio;

    public StopCommand(AudioPlayer audioPlayer){
        myAudio = audioPlayer;
    }
    @Override
    public void execute() {
        myAudio.stop();
    }

}

請求者角色，由鍵盤類扮演

public class Keypad {
    private Command playCommand;
    private Command rewindCommand;
    private Command stopCommand;

    public void setPlayCommand(Command playCommand) {
        this.playCommand = playCommand;
    }
    public void setRewindCommand(Command rewindCommand) {
        this.rewindCommand = rewindCommand;
    }
    public void setStopCommand(Command stopCommand) {
        this.stopCommand = stopCommand;
    }
    /**
     * 執行播放方法
     */
    public void play(){
        playCommand.execute();
    }
    /**
     * 執行倒帶方法
     */
    public void rewind(){
        rewindCommand.execute();
    }
    /**
     * 執行播放方法
     */
    public void stop(){
        stopCommand.execute();
    }
}

客戶端角色，由茱麗小女孩扮演

public class Julia {
    public static void main(String[]args){
        //創建接收者對象
        AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();
        //創建命令對象
        Command playCommand = new PlayCommand(audioPlayer);
        Command rewindCommand = new RewindCommand(audioPlayer);
        Command stopCommand = new StopCommand(audioPlayer);
        //創建請求者對象
        Keypad keypad = new Keypad();
        keypad.setPlayCommand(playCommand);
        keypad.setRewindCommand(rewindCommand);
        keypad.setStopCommand(stopCommand);
        //測試
        keypad.play();
        keypad.rewind();
        keypad.stop();
        keypad.play();
        keypad.stop();
    }
}

運行結果：

四、宏命令

宏命令
所謂宏命令簡單點說就是包含多個命令的命令，是一個命令的組合。

設想茱麗的錄音機有一個記錄功能，可以把一個一個的命令記錄下來，再在任何需要的時候重新把這些記錄下來的命令一次性執行，這就是所謂的宏命令集功能。因此，茱麗的錄音機系統現在有四個鍵，分別爲播音、倒帶、停止和宏命令功能。此時系統的設計與前面的設計相比有所增強，主要體現在Julia類現在有了一個新方法，用以操作宏命令鍵。

系統需要一個代表宏命令的接口，以定義出具體宏命令所需要的接口。

public interface MacroCommand extends Command {
    /**
     * 宏命令聚集的管理方法
     * 可以添加一個成員命令
     */
    public void add(Command cmd);
    /**
     * 宏命令聚集的管理方法
     * 可以刪除一個成員命令
     */
    public void remove(Command cmd);
}

具體的宏命令MacroAudioCommand類負責把個別的命令合成宏命令。

public class MacroAudioCommand implements MacroCommand {

    private List<Command> commandList = new ArrayList<Command>();
    /**
     * 宏命令聚集管理方法
     */
    @Override
    public void add(Command cmd) {
        commandList.add(cmd);
    }
    /**
     * 宏命令聚集管理方法
     */
    @Override
    public void remove(Command cmd) {
        commandList.remove(cmd);
    }
    /**
     * 執行方法
     */
    @Override
    public void execute() {
        for(Command cmd : commandList){
            cmd.execute();
        }
    }

}

客戶端類Julia

public class Julia {

    public static void main(String[]args){
        //創建接收者對象
        AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();
        //創建命令對象
        Command playCommand = new PlayCommand(audioPlayer);
        Command rewindCommand = new RewindCommand(audioPlayer);
        Command stopCommand = new StopCommand(audioPlayer);

        MacroCommand marco = new MacroAudioCommand();

        marco.add(playCommand);
        marco.add(rewindCommand);
        marco.add(stopCommand);
        marco.execute();
    }
}

這樣執行MacroCommand 的execute()方法就會一次性執行多條命令。

五、命令模式的優缺點

優點

　　●　　更鬆散的耦合

　　命令模式使得發起命令的對象，和具體實現命令的對象完全解耦，也就是說發起命令的對象完全不知道具體實現對象是誰，也不知道如何實現。

　　●　　更動態的控制

　　命令模式把請求封裝起來，可以動態地對它進行參數化、隊列化和日誌化等操作，從而使得系統更靈活。

　　●　　很自然的複合命令

　　命令模式中的命令對象能夠很容易地組合成複合命令，也就是宏命令，從而使系統操作更簡單，功能更強大。

　　●　　更好的擴展性

　　由於發起命令的對象和具體的實現完全解耦，因此擴展新的命令就很容易，只需要實現新的命令對象，然後在裝配的時候，把具體的實現對象設置到命令對象中，然後就可以使用這個命令對象，已有的實現完全不用變化。

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。因爲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。