命令模式 (Command Pattern)

命令模式 (Command Pattern)

命令模式是一种 行为型设计模式，用于将请求（命令）封装成对象，从而使得用户可以通过不同的请求来执行不同的操作。这使得请求发送者与接收者解耦，允许通过不同的方式来控制请求的执行，比如队列、日志、撤销、恢复等。

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原理

1. 核心思想：

   • 将请求封装为一个对象，通过对象传递请求，以解耦发送请求的对象和执行请求的对象。
   • 每个命令都将一个特定的操作封装成一个对象，发送者不需要知道命令如何执行，只需要调用命令的执行方法。

2. 参与角色：

   • Command（命令接口）：
     • 定义执行命令的接口。
   • ConcreteCommand（具体命令）：
     • 实现命令接口，调用接收者的相应操作。
   • Invoker（调用者）：
     • 负责调用命令对象来执行请求，通常是客户端发起请求的地方。
   • Receiver（接收者）：
     • 执行与请求相关的实际操作，具体的业务逻辑由接收者来实现。
   • Client（客户端）：
     • 创建具体命令对象，并设置接收者。
   • Invoker：
     • 向命令对象发送请求。

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优点

1. 解耦请求发送者与接收者：
   • 发送请求的对象与执行请求的对象之间没有直接依赖关系。
2. 支持撤销操作：
   • 通过命令对象，可以很方便地支持撤销和恢复操作。
3. 可以组合命令：
   • 命令模式支持宏命令，可以将多个命令组合成一个更复杂的命令对象。
4. 扩展性强：
   • 可以增加新的命令，而不需要修改客户端代码，符合开闭原则。

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缺点

1. 增加类的数量：
   • 每个命令都需要创建一个类，可能导致类的数量增加。
2. 复杂度提高：
   • 对于一些简单的请求，使用命令模式可能会导致设计过于复杂。

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示例代码

场景描述

假设我们有一个遥控器可以控制家庭设备，如灯、风扇。我们希望通过命令模式来解耦遥控器与设备的操作。

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1. 定义命令接口

// 命令接口
public interface Command {
    void execute();
}

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2. 定义具体命令类（实现命令接口）

// 打开灯的命令
public class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.turnOn();
    }
}

// 关闭灯的命令
public class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOffCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.turnOff();
    }
}

// 开启风扇的命令
public class FanOnCommand implements Command {
    private Fan fan;

    public FanOnCommand(Fan fan) {
        this.fan = fan;
    }

    @Override
    public void execute() {
        fan.turnOn();
    }
}

// 关闭风扇的命令
public class FanOffCommand implements Command {
    private Fan fan;

    public FanOffCommand(Fan fan) {
        this.fan = fan;
    }

    @Override
    public void execute() {
        fan.turnOff();
    }
}

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3. 定义接收者类（设备）

// 灯类
public class Light {
    public void turnOn() {
        System.out.println("The light is ON");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("The light is OFF");
    }
}

// 风扇类
public class Fan {
    public void turnOn() {
        System.out.println("The fan is ON");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("The fan is OFF");
    }
}

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4. 定义遥控器（调用者）

// 遥控器类
public class RemoteControl {
    private Command slot;

    public void setCommand(Command command) {
        slot = command;
    }

    public void pressButton() {
        slot.execute();
    }
}

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5. 客户端代码

public class CommandPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建设备
        Light light = new Light();
        Fan fan = new Fan();

        // 创建命令
        Command lightOn = new LightOnCommand(light);
        Command lightOff = new LightOffCommand(light);
        Command fanOn = new FanOnCommand(fan);
        Command fanOff = new FanOffCommand(fan);

        // 创建遥控器并设置命令
        RemoteControl remote = new RemoteControl();

        // 按下按钮打开灯
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton();

        // 按下按钮关闭灯
        remote.setCommand(lightOff);
        remote.pressButton();

        // 按下按钮开启风扇
        remote.setCommand(fanOn);
        remote.pressButton();

        // 按下按钮关闭风扇
        remote.setCommand(fanOff);
        remote.pressButton();
    }
}

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输出结果

The light is ON
The light is OFF
The fan is ON
The fan is OFF

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UML 类图

+------------------+
|    Command       |
+------------------+
| + execute()      |
+------------------+
        ^
        |
 +---------------+   +---------------+   +----------------+
 | LightOnCommand|   | LightOffCommand|   | FanOnCommand   |
 +---------------+   +----------------+   +----------------+
 | - light: Light|   | - light: Light |   | - fan: Fan     |
 | + execute()   |   | + execute()    |   | + execute()    |
 +---------------+   +----------------+   +----------------+
        ^
        |
 +------------------+    +------------------+
 |     Light        |    |      Fan         |
 +------------------+    +------------------+
 | + turnOn()       |    | + turnOn()       |
 | + turnOff()      |    | + turnOff()      |
 +------------------+    +------------------+
        ^
        |
  +--------------+  
  | RemoteControl|
  +--------------+
  | - slot: Command|
  | + setCommand() |
  | + pressButton()|
  +--------------+

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使用场景

1. UI界面按钮处理：
   • 在图形界面中，可以通过按钮触发命令执行，例如开关按钮、调节音量、播放视频等。
2. 任务调度：
   • 在任务调度系统中，可以将任务封装成命令对象并进行调度，支持操作的撤销和恢复。
3. 菜单操作：
   • 在菜单系统中，每个菜单项都可以被封装为一个命令，通过命令对象来执行不同的功能。
4. 事务管理：
   • 将所有操作封装成命令对象，支持事务的提交和回滚。

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扩展与优化

1. 命令组合：

   • 可以将多个命令对象组合成一个宏命令，实现批量操作。例如，可以创建一个 MacroCommand 类，将多个命令对象组合在一起一次性执行。

2. 支持撤销操作：

   • 可以扩展命令接口，加入 undo() 方法，实现操作的撤销功能。每个具体命令类可以实现撤销操作，允许用户恢复到之前的状态。

3. 命令历史：

   • 通过维护一个命令历史列表，可以实现命令的撤销与恢复，或者将命令队列保存为日志，支持后期回放。

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小结

• 命令模式通过将请求封装成对象，允许在不同的时间和环境中进行请求的传递和执行。
• 解耦了请求的发送者与接收者，使得系统更加灵活且易于扩展。
• 适用于需要对请求进行队列、撤销、恢复、日志等操作的场景。