23种设计模式之命令模式

命令模式也是开发中常见的一个模式,也不是太难,比较简单,下面来详细的写一下命令模式。

 

 

命令模式(Command)

1  场景问题

1.1  如何开机

        估计有些朋友看到这个标题会非常奇怪，电脑装配好了，如何开机？不就是按下启动按钮就可以了吗？难道还有什么玄机不成。 
        对于使用电脑的客户——就是我们来说，开机确实很简单，按下启动按钮，然后耐心等待就可以了。但是当我们按下启动按钮过后呢？谁来处理？如何处理？都经历了怎样的过程，才让电脑真正的启动起来，供我们使用。 
        先一起来简单的认识一下电脑的启动过程，了解一下即可。

• 当我们按下启动按钮，电源开始向主板和其它设备供电
• 主板的系统BIOS（基本输入输出系统）开始加电后自检
• 主板的BIOS会依次去寻找显卡等其它设备的BIOS，并让它们自检或者初始化
• 开始检测CPU、内存、硬盘、光驱、串口、并口、软驱、即插即用设备等等
• BIOS更新ESCD（扩展系统配置数据），ESCD是BIOS和操作系统交换硬件配置数据的一种手段
• 等前面的事情都完成后，BIOS才按照用户的配置进行系统引导，进入操作系统里面，等到操作系统装载并初始化完毕，就出现我们熟悉的系统登录界面了。

1.2  与我何干

        讲了一通电脑启动的过程，有些朋友会想，这与我何干呢？ 
        没错，看起来这些硬件知识跟你没有什么大的关系，但是，如果现在提出一个要求：请你用软件把上面的过程表现出来，你该如何实现？ 
        首先把上面的过程总结一下，主要就这么几个步骤：首先加载电源，然后是设备检查，再然后是装载系统，最后电脑就正常启动了。可是谁来完成这些过程？如何完成？ 
        不能让使用电脑的客户——就是我们来做这些工作吧，真正完成这些工作的是主板，那么客户和主板如何发生联系呢？现实中，是用连接线把按钮连接到主板上的，这样当客户按下按钮的时候，就相当于发命令给主板，让主板去完成后续的工作。 
        另外，从客户的角度来看，开机就是按下按钮，不管什么样的主板都是一样的，也就是说，客户只管发出命令，谁接收命令，谁实现命令，如何实现，客户是不关心的。

1.3  有何问题

        把上面的问题抽象描述一下：客户端只是想要发出命令或者请求，不关心请求的真正接收者是谁，也不关心具体如何实现，而且同一个请求的动作可以有不同的请求内容，当然具体的处理功能也不一样，请问该怎么实现？

2  解决方案

2.1  命令模式来解决

        用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是命令模式。那么什么是命令模式呢？ 
（1）命令模式定义
        将一个请求封装为一个对象，从而使你可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）应用命令模式来解决的思路 
        首先来看看实际电脑的解决方案 
        先画个图来描述一下，看看实际的电脑是如何处理上面描述的这个问题的，如图1所示： 
 
                                  图1  电脑操作示意图

        当客户按下按钮的时候，按钮本身并不知道如何处理，于是通过连接线来请求主板，让主板去完成真正启动机器的功能。 
        这里为了描述它们之间的关系，把主板画到了机箱的外面。如果连接线连接到不同的主板，那么真正执行按钮请求的主板也就不同了，而客户是不知道这些变化的。 
        通过引入按钮和连接线，来让发出命令的客户和命令的真正实现者——主板完全解耦，客户操作的始终是按钮，按钮后面的事情客户就统统不管了。 
        要用程序来解决上面提出的问题，一种自然的方案就是来模拟上述解决思路。 
        在命令模式中，会定义一个命令的接口，用来约束所有的命令对象，然后提供具体的命令实现，每个命令实现对象是对客户端某个请求的封装，对应于机箱上的按钮，一个机箱上可以有很多按钮，也就相当于会有多个具体的命令实现对象。 
        在命令模式中，命令对象并不知道如何处理命令，会有相应的接收者对象来真正执行命令。就像电脑的例子，机箱上的按钮并不知道如何处理功能，而是把这个请求转发给主板，由主板来执行真正的功能，这个主板就相当于命令模式的接收者。 
        在命令模式中，命令对象和接收者对象的关系，并不是与生俱来的，需要有一个装配的过程，命令模式中的Client对象就来实现这样的功能。这就相当于在电脑的例子中，有了机箱上的按钮，也有了主板，还需要有一个连接线把这个按钮连接到主板上才行。 
        命令模式还会提供一个Invoker对象来持有命令对象，就像电脑的例子，机箱上会有多个按钮，这个机箱就相当于命令模式的Invoker对象。这样一来，命令模式的客户端就可以通过Invoker来触发并要求执行相应的命令了，这也相当于真正的客户是按下机箱上的按钮来操作电脑一样。

2.2  模式结构和说明

        命令模式的结构如图2所示： 

 
                                                  图2  命令模式结构图 
Command： 
        定义命令的接口，声明执行的方法。 
ConcreteCommand： 
        命令接口实现对象，是“虚”的实现；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。 
Receiver： 
        接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。 
Invoker： 
        要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。 
Client： 
        创建具体的命令对象，并且设置命令对象的接收者。注意这个不是我们常规意义上的客户端，而是在组装命令对象和接收者，或许，把这个Client称为装配者会更好理解，因为真正使用命令的客户端是从Invoker来触发执行。

2.3  命令模式示例代码

（1）先来看看命令接口的定义，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 命令接口，声明执行的操作
 */
public interface Command {
    /**
     * 执行命令对应的操作
     */
    public void execute();
}

 

 

（2）再来看看具体的命令实现对象，示例代码如下：

  

java代码：

/**
 * 具体的命令实现对象
 */
public class ConcreteCommand implements Command {
    /**
     * 持有相应的接收者对象
     */
    private Receiver receiver = null;
    /**
     * 示意，命令对象可以有自己的状态
     */
    private String state;
    /**
     * 构造方法，传入相应的接收者对象
     * @param receiver 相应的接收者对象
     */
    public ConcreteCommand(Receiver receiver){
        this.receiver = receiver;
    }
    public void execute() {
        //通常会转调接收者对象的相应方法，让接收者来真正执行功能
        receiver.action();
    }
}

 

（3）再来看看接收者对象的实现示意，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 接收者对象
 */
public class Receiver {
    /**
     * 示意方法，真正执行命令相应的操作
     */
    public void action(){
        //真正执行命令操作的功能代码
    }
}

 

 

 

（4）接下来看看Invoker对象，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 调用者
 */
public class Invoker {
    /**
     * 持有命令对象
     */
    private Command command = null;
    /**
     * 设置调用者持有的命令对象
     * @param command 命令对象
     */
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    /**
     * 示意方法，要求命令执行请求
     */
    public void runCommand() {
        //调用命令对象的执行方法
        command.execute();
    }
}

 

 

（5）再来看看Client的实现， 注意这个不是我们通常意义上的测试客户端，主要功能是要创建命令对象并设定它的接收者，因此这里并没有调用执行的代码，示例代码如下：

java代码：

public class Client {
    /**
     * 示意，负责创建命令对象，并设定它的接收者
     */
    public void assemble(){
        //创建接收者
        Receiver receiver = new Receiver();
        //创建命令对象，设定它的接收者
        Command command = new ConcreteCommand(receiver);
        //创建Invoker，把命令对象设置进去
        Invoker invoker = new Invoker();
        invoker.setCommand(command);
    }
}

 

 

 

2.4  使用命令模式来实现示例

       要使用命令模式来实现示例，需要先把命令模式中所涉及的各个部分，在实际的示例中对应出来，然后才能按照命令模式的结构来设计和实现程序。根据前面描述的解决思路，大致对应如下：

• 机箱上的按钮就相当于是命令对象
• 机箱相当于是Invoker
• 主板相当于接收者对象
• 命令对象持有一个接收者对象，就相当于是给机箱的按钮连上了一根连接线
• 当机箱上的按钮被按下的时候，机箱就把这个命令通过连接线发送出去。

        主板类才是真正实现开机功能的地方，是真正执行命令的地方，也就是“接收者”。命令的实现对象，其实是个“虚”的实现，就如同那根连接线，它哪知道如何实现啊，还不就是把命令传递给连接线连到的主板。 
        使用命令模式来实现示例的结构如图3所示： 

 
                 图3  使用命令模式来实现示例的结构示意图 
还是来看看示例代码，会比较清楚。 
（1）定义主板
        根据前面的描述，我们会发现，真正执行客户命令或请求的是主板，也只有主板才知道如何去实现客户的命令，因此先来抽象主板，把它用对象描述出来。 
        先来定义主板的接口，最起码主板会有一个能开机的方法，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 主板的接口
 */
public interface MainBoardApi {
    /**
     * 主板具有能开机的功能
     */
    public void open();
}

 

 

 

        定义了接口，那就接着定义实现类吧，定义两个主板的实现类，一个是技嘉主板，一个是微星主板，现在的实现是一样的，但是不同的主板对同一个命令的操作可以是不同的，这点大家要注意。由于两个实现基本一样，就示例一个，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 技嘉主板类，开机命令的真正实现者，在Command模式中充当Receiver
 */
public class GigaMainBoard implements MainBoardApi{
    /**
     * 真正的开机命令的实现
     */
    public void open(){
        System.out.println("技嘉主板现在正在开机，请等候");
        System.out.println("接通电源......");
        System.out.println("设备检查......");
        System.out.println("装载系统......");
        System.out.println("机器正常运转起来......");
        System.out.println("机器已经正常打开，请操作");
    }
}

 

 

 

        微星主板的实现和这个完全一样，只是把技嘉改名成微星了。 
（2）定义命令接口和命令的实现
         对于客户来说，开机就是按下按钮，别的什么都不想做。把用户的这个动作抽象一下，就相当于客户发出了一个命令或者请求，其它的客户就不关心了。为描述客户的命令，现定义出一个命令的接口，里面只有一个方法，那就是执行，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 命令接口，声明执行的操作
 */
public interface Command {
    /**
     * 执行命令对应的操作
     */
    public void execute();
}

 

 

        有了命令的接口，再来定义一个具体的实现，其实就是模拟现实中机箱上按钮的功能，因为我们按下的是按钮，但是按钮本身是不知道如何启动电脑的，它需要把这个命令转给主板，让主板去真正执行开机功能。示例代码如下：

java代码：

/**
 * 开机命令的实现，实现Command接口，
 * 持有开机命令的真正实现，通过调用接收者的方法来实现命令
 */
public class OpenCommand implements Command{
    /**
     * 持有真正实现命令的接收者——主板对象
     */
    private MainBoardApi mainBoard = null;
    /**
     * 构造方法，传入主板对象
     * @param mainBoard 主板对象
     */
    public OpenCommand(MainBoardApi mainBoard) {
        this.mainBoard = mainBoard;
    }

    public void execute() {
        //对于命令对象，根本不知道如何开机，会转调主板对象
        //让主板去完成开机的功能
        this.mainBoard.open();
    }
}

 

       由于客户不想直接和主板打交道，而且客户根本不知道具体的主板是什么，客户只是希望按下启动按钮，电脑就正常启动了，就这么简单。就算换了主板，客户还是一样的按下启动按钮就可以了。 
        换句话说就是：客户想要和主板完全解耦，怎么办呢？ 
        这就需要在客户和主板之间建立一个中间对象了，客户发出的命令传递给这个中间对象，然后由这个中间对象去找真正的执行者——主板，来完成工作。 
        很显然，这个中间对象就是上面的命令实现对象，请注意：这个实现其实是个虚的实现，真正的实现是主板完成的，在这个虚的实现里面，是通过转调主板的功能来实现的，主板对象实例，是从外面传进来的。

（3）提供机箱 
        客户需要操作按钮，按钮是放置在机箱之上的，所以需要把机箱也定义出来，示例代码如下：

java代码：

/**
 * 机箱对象，本身有按钮，持有按钮对应的命令对象
 */
public class Box {
    /**
     * 开机命令对象
     */
    private Command openCommand;
    /**
     * 设置开机命令对象
     * @param command 开机命令对象
     */
    public void setOpenCommand(Command command){
        this.openCommand = command;
    }
    /**
     * 提供给客户使用，接收并响应用户请求，相当于按钮被按下触发的方法
     */
    public void openButtonPressed(){
        //按下按钮，执行命令
        openCommand.execute();
    }
}

 

 

 

（4）客户使用按钮 
        抽象好了机箱和主板，命令对象也准备好了，客户想要使用按钮来完成开机的功能，在使用之前，客户的第一件事情就应该是把按钮和主板组装起来，形成一个完整的机器。 
        在实际生活中，是由装机工程师来完成这部分工作，这里为了测试简单，直接写在客户端开头了。机器组装好过后，客户应该把与主板连接好的按钮对象放置到机箱上，等待客户随时操作。把这个过程也用代码描述出来，示例代码如下

java代码：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1：把命令和真正的实现组合起来，相当于在组装机器，
        //把机箱上按钮的连接线插接到主板上。
        MainBoardApi mainBoard = new GigaMainBoard();
        OpenCommand openCommand = new OpenCommand(mainBoard);
        //2：为机箱上的按钮设置对应的命令，让按钮知道该干什么
        Box box = new Box();
        box.setOpenCommand(openCommand);

        //3：然后模拟按下机箱上的按钮
        box.openButtonPressed();
    }
}

 

 

运行一下，看看效果，输出如下：

技嘉主板现在正在开机，请等候 接通电源......设备检查......装载系统......机器正常运转起来......机器已经正常打开，请操作

 

        你可以给命令对象组装不同的主板实现类，然后再次测试，看看效果。 
        事实上，你会发现，如果对象结构已经组装好了过后，对于真正的客户端，也就是真实的用户而言，任务就是面对机箱，按下机箱上的按钮，就可以执行开机的命令了，实际生活中也是这样的。

（5）小结
         如同前面的示例，把客户的开机请求封装成为一个OpenCommand对象，客户的开机操作就变成了执行OpenCommand对象的方法了？如果还有其它的命令对象，比如让机器重启的ResetCommand对象；那么客户按下按钮的动作，就可以用这不同的命令对象去匹配，也就是对客户进行参数化。 
        用大白话描述就是：客户按下一个按钮，到底是开机还是重启，那要看参数化配置的是哪一个具体的按钮对象，如果参数化的是开机的命令对象，那就执行开机的功能，如果参数化的是重启的命令对象，那就执行重启的功能。虽然按下的是同一个按钮，但是请求是不同的，对应执行的功能也就不同了。 
        在模式讲解的时候会给大家一个参数化配置的示例，这里就不多讲了。至于对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作等功能，也放到模式讲解里面。