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…

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(详解版)
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。

命令模式(详解版)
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。

命令模式(详解版)
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。

命令模式(详解版)
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。

剪烛西窗, 程

关于作者: 剪烛西窗

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