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命令模式(详解版)

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在软件开发系统中,常常出现“方法的请求者”与“方法的实现者”之间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,想对行为进行“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方法的实现者解耦?”变得很重要,命令模式能很好地解决这个问题。

在现实生活中,这样的例子也很多,例如,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),还有计算机键盘上的“功能键”等。

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。
  1. 降低系统的耦合度。命令模式能将调用操作的对象与实现该操作的对象解耦。
  2. 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,它满足“开闭原则”,对扩展比较灵活。
  3. 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。
  4. 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。

其缺点是:可能产生大量具体命令类。因为计对每一个具体操作都需要设计一个具体命令类,这将增加系统的复杂性。

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。
  1. 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()。
  2. 具体命令角色(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。
  3. 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。
  4. 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
图1 命令模式的结构图

2. 模式的实现

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...

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)、馄蚀厨师(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
图2 客户在餐馆吃早餐的结构图

程序代码如下:
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

命令模式通常适用于以下场景。
  1. 当系统需要将请求调用者与请求接收者解耦时,命令模式使得调用者和接收者不直接交互。
  2. 当系统需要随机请求命令或经常增加或删除命令时,命令模式比较方便实现这些功能。
  3. 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。
  4. 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

程序代码如下:
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。
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