23種設計模式之命令模式

命令模式也是開發中常見的一個模式,也不是太難,比較簡單,下面來詳細的寫一下命令模式。

 

 

命令模式(Command)

1  場景問題

1.1  如何開機

        估計有些朋友看到這個標題會非常奇怪，電腦裝配好了，如何開機？不就是按下啓動按鈕就可以了嗎？難道還有什麼玄機不成。 
        對於使用電腦的客戶——就是我們來說，開機確實很簡單，按下啓動按鈕，然後耐心等待就可以了。但是當我們按下啓動按鈕過後呢？誰來處理？如何處理？都經歷了怎樣的過程，才讓電腦真正的啓動起來，供我們使用。 
        先一起來簡單的認識一下電腦的啓動過程，瞭解一下即可。

• 當我們按下啓動按鈕，電源開始向主板和其它設備供電
• 主板的系統BIOS（基本輸入輸出系統）開始加電後自檢
• 主板的BIOS會依次去尋找顯卡等其它設備的BIOS，並讓它們自檢或者初始化
• 開始檢測CPU、內存、硬盤、光驅、串口、並口、軟驅、即插即用設備等等
• BIOS更新ESCD（擴展系統配置數據），ESCD是BIOS和操作系統交換硬件配置數據的一種手段
• 等前面的事情都完成後，BIOS才按照用戶的配置進行系統引導，進入操作系統裏面，等到操作系統裝載並初始化完畢，就出現我們熟悉的系統登錄界面了。

1.2  與我何干

        講了一通電腦啓動的過程，有些朋友會想，這與我何干呢？ 
        沒錯，看起來這些硬件知識跟你沒有什麼大的關係，但是，如果現在提出一個要求：請你用軟件把上面的過程表現出來，你該如何實現？ 
        首先把上面的過程總結一下，主要就這麼幾個步驟：首先加載電源，然後是設備檢查，再然後是裝載系統，最後電腦就正常啓動了。可是誰來完成這些過程？如何完成？ 
        不能讓使用電腦的客戶——就是我們來做這些工作吧，真正完成這些工作的是主板，那麼客戶和主板如何發生聯繫呢？現實中，是用連接線把按鈕連接到主板上的，這樣當客戶按下按鈕的時候，就相當於發命令給主板，讓主板去完成後續的工作。 
        另外，從客戶的角度來看，開機就是按下按鈕，不管什麼樣的主板都是一樣的，也就是說，客戶只管發出命令，誰接收命令，誰實現命令，如何實現，客戶是不關心的。

1.3  有何問題

        把上面的問題抽象描述一下：客戶端只是想要發出命令或者請求，不關心請求的真正接收者是誰，也不關心具體如何實現，而且同一個請求的動作可以有不同的請求內容，當然具體的處理功能也不一樣，請問該怎麼實現？

2  解決方案

2.1  命令模式來解決

        用來解決上述問題的一個合理的解決方案就是命令模式。那麼什麼是命令模式呢？ 
（1）命令模式定義
        將一個請求封裝爲一個對象，從而使你可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或記錄請求日誌，以及支持可撤銷的操作。

（2）應用命令模式來解決的思路 
        首先來看看實際電腦的解決方案 
        先畫個圖來描述一下，看看實際的電腦是如何處理上面描述的這個問題的，如圖1所示： 
 
                                  圖1  電腦操作示意圖

        當客戶按下按鈕的時候，按鈕本身並不知道如何處理，於是通過連接線來請求主板，讓主板去完成真正啓動機器的功能。 
        這裏爲了描述它們之間的關係，把主板畫到了機箱的外面。如果連接線連接到不同的主板，那麼真正執行按鈕請求的主板也就不同了，而客戶是不知道這些變化的。 
        通過引入按鈕和連接線，來讓發出命令的客戶和命令的真正實現者——主板完全解耦，客戶操作的始終是按鈕，按鈕後面的事情客戶就統統不管了。 
        要用程序來解決上面提出的問題，一種自然的方案就是來模擬上述解決思路。 
        在命令模式中，會定義一個命令的接口，用來約束所有的命令對象，然後提供具體的命令實現，每個命令實現對象是對客戶端某個請求的封裝，對應於機箱上的按鈕，一個機箱上可以有很多按鈕，也就相當於會有多個具體的命令實現對象。 
        在命令模式中，命令對象並不知道如何處理命令，會有相應的接收者對象來真正執行命令。就像電腦的例子，機箱上的按鈕並不知道如何處理功能，而是把這個請求轉發給主板，由主板來執行真正的功能，這個主板就相當於命令模式的接收者。 
        在命令模式中，命令對象和接收者對象的關係，並不是與生俱來的，需要有一個裝配的過程，命令模式中的Client對象就來實現這樣的功能。這就相當於在電腦的例子中，有了機箱上的按鈕，也有了主板，還需要有一個連接線把這個按鈕連接到主板上才行。 
        命令模式還會提供一個Invoker對象來持有命令對象，就像電腦的例子，機箱上會有多個按鈕，這個機箱就相當於命令模式的Invoker對象。這樣一來，命令模式的客戶端就可以通過Invoker來觸發並要求執行相應的命令了，這也相當於真正的客戶是按下機箱上的按鈕來操作電腦一樣。

2.2  模式結構和說明

        命令模式的結構如圖2所示： 

 
                                                  圖2  命令模式結構圖 
Command： 
        定義命令的接口，聲明執行的方法。 
ConcreteCommand： 
        命令接口實現對象，是“虛”的實現；通常會持有接收者，並調用接收者的功能來完成命令要執行的操作。 
Receiver： 
        接收者，真正執行命令的對象。任何類都可能成爲一個接收者，只要它能夠實現命令要求實現的相應功能。 
Invoker： 
        要求命令對象執行請求，通常會持有命令對象，可以持有很多的命令對象。這個是客戶端真正觸發命令並要求命令執行相應操作的地方，也就是說相當於使用命令對象的入口。 
Client： 
        創建具體的命令對象，並且設置命令對象的接收者。注意這個不是我們常規意義上的客戶端，而是在組裝命令對象和接收者，或許，把這個Client稱爲裝配者會更好理解，因爲真正使用命令的客戶端是從Invoker來觸發執行。

2.3  命令模式示例代碼

（1）先來看看命令接口的定義，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 命令接口，聲明執行的操作
 */
public interface Command {
    /**
     * 執行命令對應的操作
     */
    public void execute();
}

 

 

（2）再來看看具體的命令實現對象，示例代碼如下：

  

java代碼：

/**
 * 具體的命令實現對象
 */
public class ConcreteCommand implements Command {
    /**
     * 持有相應的接收者對象
     */
    private Receiver receiver = null;
    /**
     * 示意，命令對象可以有自己的狀態
     */
    private String state;
    /**
     * 構造方法，傳入相應的接收者對象
     * @param receiver 相應的接收者對象
     */
    public ConcreteCommand(Receiver receiver){
        this.receiver = receiver;
    }
    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();
    }
}

 

（3）再來看看接收者對象的實現示意，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 接收者對象
 */
public class Receiver {
    /**
     * 示意方法，真正執行命令相應的操作
     */
    public void action(){
        //真正執行命令操作的功能代碼
    }
}

 

 

 

（4）接下來看看Invoker對象，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 調用者
 */
public class Invoker {
    /**
     * 持有命令對象
     */
    private Command command = null;
    /**
     * 設置調用者持有的命令對象
     * @param command 命令對象
     */
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    /**
     * 示意方法，要求命令執行請求
     */
    public void runCommand() {
        //調用命令對象的執行方法
        command.execute();
    }
}

 

 

（5）再來看看Client的實現， 注意這個不是我們通常意義上的測試客戶端，主要功能是要創建命令對象並設定它的接收者，因此這裏並沒有調用執行的代碼，示例代碼如下：

java代碼：

public class Client {
    /**
     * 示意，負責創建命令對象，並設定它的接收者
     */
    public void assemble(){
        //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Invoker，把命令對象設置進去
        Invoker invoker = new Invoker();
        invoker.setCommand(command);
    }
}

 

 

 

2.4  使用命令模式來實現示例

       要使用命令模式來實現示例，需要先把命令模式中所涉及的各個部分，在實際的示例中對應出來，然後才能按照命令模式的結構來設計和實現程序。根據前面描述的解決思路，大致對應如下：

• 機箱上的按鈕就相當於是命令對象
• 機箱相當於是Invoker
• 主板相當於接收者對象
• 命令對象持有一個接收者對象，就相當於是給機箱的按鈕連上了一根連接線
• 當機箱上的按鈕被按下的時候，機箱就把這個命令通過連接線發送出去。

        主板類纔是真正實現開機功能的地方，是真正執行命令的地方，也就是“接收者”。命令的實現對象，其實是個“虛”的實現，就如同那根連接線，它哪知道如何實現啊，還不就是把命令傳遞給連接線連到的主板。 
        使用命令模式來實現示例的結構如圖3所示： 

 
                 圖3  使用命令模式來實現示例的結構示意圖 
還是來看看示例代碼，會比較清楚。 
（1）定義主板
        根據前面的描述，我們會發現，真正執行客戶命令或請求的是主板，也只有主板才知道如何去實現客戶的命令，因此先來抽象主板，把它用對象描述出來。 
        先來定義主板的接口，最起碼主板會有一個能開機的方法，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 主板的接口
 */
public interface MainBoardApi {
    /**
     * 主板具有能開機的功能
     */
    public void open();
}

 

 

 

        定義了接口，那就接着定義實現類吧，定義兩個主板的實現類，一個是技嘉主板，一個是微星主板，現在的實現是一樣的，但是不同的主板對同一個命令的操作可以是不同的，這點大家要注意。由於兩個實現基本一樣，就示例一個，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 技嘉主板類，開機命令的真正實現者，在Command模式中充當Receiver
 */
public class GigaMainBoard implements MainBoardApi{
    /**
     * 真正的開機命令的實現
     */
    public void open(){
        System.out.println("技嘉主板現在正在開機，請等候");
        System.out.println("接通電源......");
        System.out.println("設備檢查......");
        System.out.println("裝載系統......");
        System.out.println("機器正常運轉起來......");
        System.out.println("機器已經正常打開，請操作");
    }
}

 

 

 

        微星主板的實現和這個完全一樣，只是把技嘉改名成微星了。 
（2）定義命令接口和命令的實現
         對於客戶來說，開機就是按下按鈕，別的什麼都不想做。把用戶的這個動作抽象一下，就相當於客戶發出了一個命令或者請求，其它的客戶就不關心了。爲描述客戶的命令，現定義出一個命令的接口，裏面只有一個方法，那就是執行，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 命令接口，聲明執行的操作
 */
public interface Command {
    /**
     * 執行命令對應的操作
     */
    public void execute();
}

 

 

        有了命令的接口，再來定義一個具體的實現，其實就是模擬現實中機箱上按鈕的功能，因爲我們按下的是按鈕，但是按鈕本身是不知道如何啓動電腦的，它需要把這個命令轉給主板，讓主板去真正執行開機功能。示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 開機命令的實現，實現Command接口，
 * 持有開機命令的真正實現，通過調用接收者的方法來實現命令
 */
public class OpenCommand implements Command{
    /**
     * 持有真正實現命令的接收者——主板對象
     */
    private MainBoardApi mainBoard = null;
    /**
     * 構造方法，傳入主板對象
     * @param mainBoard 主板對象
     */
    public OpenCommand(MainBoardApi mainBoard) {
        this.mainBoard = mainBoard;
    }

    public void execute() {
        //對於命令對象，根本不知道如何開機，會轉調主板對象
        //讓主板去完成開機的功能
        this.mainBoard.open();
    }
}

 

       由於客戶不想直接和主板打交道，而且客戶根本不知道具體的主板是什麼，客戶只是希望按下啓動按鈕，電腦就正常啓動了，就這麼簡單。就算換了主板，客戶還是一樣的按下啓動按鈕就可以了。 
        換句話說就是：客戶想要和主板完全解耦，怎麼辦呢？ 
        這就需要在客戶和主板之間建立一箇中間對象了，客戶發出的命令傳遞給這個中間對象，然後由這個中間對象去找真正的執行者——主板，來完成工作。 
        很顯然，這個中間對象就是上面的命令實現對象，請注意：這個實現其實是個虛的實現，真正的實現是主板完成的，在這個虛的實現裏面，是通過轉調主板的功能來實現的，主板對象實例，是從外面傳進來的。

（3）提供機箱 
        客戶需要操作按鈕，按鈕是放置在機箱之上的，所以需要把機箱也定義出來，示例代碼如下：

java代碼：

/**
 * 機箱對象，本身有按鈕，持有按鈕對應的命令對象
 */
public class Box {
    /**
     * 開機命令對象
     */
    private Command openCommand;
    /**
     * 設置開機命令對象
     * @param command 開機命令對象
     */
    public void setOpenCommand(Command command){
        this.openCommand = command;
    }
    /**
     * 提供給客戶使用，接收並響應用戶請求，相當於按鈕被按下觸發的方法
     */
    public void openButtonPressed(){
        //按下按鈕，執行命令
        openCommand.execute();
    }
}

 

 

 

（4）客戶使用按鈕 
        抽象好了機箱和主板，命令對象也準備好了，客戶想要使用按鈕來完成開機的功能，在使用之前，客戶的第一件事情就應該是把按鈕和主板組裝起來，形成一個完整的機器。 
        在實際生活中，是由裝機工程師來完成這部分工作，這裏爲了測試簡單，直接寫在客戶端開頭了。機器組裝好過後，客戶應該把與主板連接好的按鈕對象放置到機箱上，等待客戶隨時操作。把這個過程也用代碼描述出來，示例代碼如下

java代碼：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1：把命令和真正的實現組合起來，相當於在組裝機器，
        //把機箱上按鈕的連接線插接到主板上。
        MainBoardApi mainBoard = new GigaMainBoard();
        OpenCommand openCommand = new OpenCommand(mainBoard);
        //2：爲機箱上的按鈕設置對應的命令，讓按鈕知道該幹什麼
        Box box = new Box();
        box.setOpenCommand(openCommand);

        //3：然後模擬按下機箱上的按鈕
        box.openButtonPressed();
    }
}

 

 

運行一下，看看效果，輸出如下：

技嘉主板現在正在開機，請等候 接通電源......設備檢查......裝載系統......機器正常運轉起來......機器已經正常打開，請操作

 

        你可以給命令對象組裝不同的主板實現類，然後再次測試，看看效果。 
        事實上，你會發現，如果對象結構已經組裝好了過後，對於真正的客戶端，也就是真實的用戶而言，任務就是面對機箱，按下機箱上的按鈕，就可以執行開機的命令了，實際生活中也是這樣的。

（5）小結
         如同前面的示例，把客戶的開機請求封裝成爲一個OpenCommand對象，客戶的開機操作就變成了執行OpenCommand對象的方法了？如果還有其它的命令對象，比如讓機器重啓的ResetCommand對象；那麼客戶按下按鈕的動作，就可以用這不同的命令對象去匹配，也就是對客戶進行參數化。 
        用大白話描述就是：客戶按下一個按鈕，到底是開機還是重啓，那要看參數化配置的是哪一個具體的按鈕對象，如果參數化的是開機的命令對象，那就執行開機的功能，如果參數化的是重啓的命令對象，那就執行重啓的功能。雖然按下的是同一個按鈕，但是請求是不同的，對應執行的功能也就不同了。 
        在模式講解的時候會給大家一個參數化配置的示例，這裏就不多講了。至於對請求排隊或記錄請求日誌，以及支持可撤銷的操作等功能，也放到模式講解裏面。