命令模式 (Command Pattern)

定义

命令模式(Command Pattern)是一种行为型设计模式,它将一个请求封装为一个对象,从而允许用户使用不同的请求、队列或日志来参数化其他对象。命令模式也支持可撤销的操作。主要目的是将命令的发送者和接收者解耦,引入了命令对象来在发送者和接收者之间充当中介。

命令模式主要涉及以下角色:

  • 命令(Command)接口:声明执行操作的接口。
  • 具体命令(Concrete Command):实现命令接口,定义了接收者和行为之间的绑定关系。调用者通过执行命令来执行相应的操作。
  • 接收者(Receiver):知道如何实施与执行一个请求相关的操作。任何类都可能作为一个接收者。
  • 调用者(Invoker):要求该命令执行这个请求。通常会持有命令对象,并在某个时间点调用命令对象的执行方法。
  • 客户端(Client):创建具体命令对象并设置其接收者。
解决的问题
  • 命令的封装和抽象
    • 当需要将请求或简单操作封装为一个对象时,命令模式提供了一种方式。这样,请求的发送者和接收者可以被解耦,使得发送者不需要知道请求的具体实现细节。
  • 可变更和扩展命令
    • 命令模式允许动态地更改、添加或删除命令,而无需修改现有代码。这增加了系统的灵活性,并支持动态的命令更改。
  • 历史记录和撤销功能
    • 命令模式可以记录所有执行的操作和命令,这使得实现撤销(undo)和重做(redo)功能变得可能。
  • 队列请求和日志请求
    • 命令对象可以被序列化和存储,以便稍后执行或远程执行,支持队列请求和日志请求的功能。
  • 参数化对象
    • 通过命令模式,可以参数化对象,根据不同的命令改变对象的行为。
  • 操作的解耦
    • 命令模式将发起操作的对象和执行操作的对象解耦,提高了系统的模块化,使得命令的发送者和接收者不直接交互。
使用场景
  • 参数化对象
    • 当需要基于不同的命令改变对象的行为时,命令模式可以将这些命令封装成对象,实现对象行为的动态切换。
  • 操作的队列化和日志记录
    • 在需要对命令进行排队、记录或执行延迟时,命令模式非常有用。例如,在实现一个多线程的任务队列、事务队列或日志系统时,可以使用命令模式来封装具体操作。
  • 撤销和重做功能
    • 在应用程序(如编辑器)中实现撤销(undo)和重做(redo)功能时,命令模式可以记录每一步操作并提供回滚机制。
  • 分离命令的发起者和执行者
    • 当需要将命令的发起者和执行者解耦时,命令模式提供了一种机制,让发起者不需要了解命令的具体执行过程。
  • 组合命令
    • 在需要组合多个命令以形成复合命令时,命令模式使得可以将多个简单命令组合成一个宏命令。
  • 回调功能的实现
    • 在需要提供回调功能时,命令模式允许将操作封装成对象,并在合适的时候执行。
示例代码1-简单的遥控器
java 复制代码
// 命令接口
interface Command {
    void execute();
}

// 具体命令:开灯
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

// 具体命令:关灯
class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

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

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

// 请求者类:遥控器
class RemoteControl {
    private Command command;

    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }

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

// 接收者类:灯
class Light {
    public void turnOn() {
        System.out.println("Light is on.");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("Light is off.");
    }
}

// 客户端代码
public class CommandDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Light light = new Light();
        Command lightOn = new LightOnCommand(light);
        Command lightOff = new LightOffCommand(light);

        RemoteControl remote = new RemoteControl();
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton();  // 输出: Light is on.

        remote.setCommand(lightOff);
        remote.pressButton();  // 输出: Light is off.
    }
}
示例代码2-文本编辑器的命令
java 复制代码
// 命令接口
interface Command {
    void execute();
    void undo();
}

// 具体命令:写入文本
class WriteCommand implements Command {
    private TextFile textFile;
    private String textToWrite;

    public WriteCommand(TextFile textFile, String text) {
        this.textFile = textFile;
        this.textToWrite = text;
    }

    public void execute() {
        textFile.write(textToWrite);
    }

    public void undo() {
        textFile.eraseLast();
    }
}

// 接收者类:文本文件
class TextFile {
    private StringBuilder text = new StringBuilder();

    public void write(String text) {
        this.text.append(text);
    }

    public void eraseLast() {
        if (text.length() > 0) {
            text.deleteCharAt(text.length() - 1);
        }
    }

    public String read() {
        return text.toString();
    }
}

// 客户端代码
public class EditorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TextFile textFile = new TextFile();
        Command writeHello = new WriteCommand(textFile, "Hello");
        Command writeWorld = new WriteCommand(textFile, " World");

        writeHello.execute();
        writeWorld.execute();
        System.out.println(textFile.read()); // 输出: Hello World

        writeWorld.undo();
        System.out.println(textFile.read()); // 输出: Hello
    }
}
主要符合的设计原则
  • 开闭原则(Open-Closed Principle)
    • 命令模式允许在不修改已有代码的情况下引入新的命令。你可以添加新的命令类来扩展系统的行为,而无需修改现有的请求发送者或其他命令的代码。因此,系统对扩展是开放的,但对修改是封闭的。
  • 单一职责原则(Single Responsibility Principle)
    • 在命令模式中,每个命令类只负责一个特定的操作或行为,这符合单一职责原则。此外,请求的发送者和接收者也被解耦,每个对象都只处理它自己的部分。
  • 依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)
    • 命令模式中,请求发送者依赖于命令抽象,而不是具体的命令实现。这符合依赖倒置原则,即高层模块不应该依赖于低层模块,两者都应该依赖于抽象。
在JDK中的应用
  • java.lang.Runnable
    • Runnable 接口是命令模式的一个经典例子。它代表一个待执行的操作,通常用于创建线程。实现 Runnable 接口的类封装了要在线程中执行的操作(命令),而 Thread 类则充当调用者,执行这些操作。
  • javax.swing.Action
    • 在Swing库中,Action 接口用于封装事件监听器的响应逻辑。当触发事件(如按钮点击)时,与之关联的 Action 对象被执行,这类似于命令模式中命令的执行。
  • java.util.concurrent.Callable
    • 类似于 RunnableCallable 接口也封装了一个异步操作,但与 Runnable 不同的是,Callable 可以返回一个结果并能抛出异常。Callable 实例可以提交给 ExecutorService 执行,后者充当调用者的角色。

这些例子虽然不是命令模式的完整实现,但它们体现了命令模式的核心概念:封装操作作为一个对象,并由另一个对象负责执行这些操作。这种模式在JDK中的应用提供了一种灵活的方式来处理异步操作、事件处理和其他需要动态指定和执行操作的场景。

在Spring中的应用
  • Spring的事务管理
    • 在Spring的事务管理中,事务代码可以被看作是命令对象。当执行事务时,实际的事务逻辑(即命令)被封装在事务管理器中。这样的设计允许灵活地启动、提交或回滚事务,类似于命令模式中的命令执行。
  • Spring MVC的Controller方法
    • 在Spring MVC中,控制器(Controller)中的方法可以被视为命令。每个方法封装了特定的处理逻辑,而DispatcherServlet则相当于命令的调用者,根据请求调用相应的控制器方法。
  • JdbcTemplate的回调
    • Spring的 JdbcTemplate 类使用回调机制来封装数据库操作,这些回调可以被视为命令对象。JdbcTemplate 提供了一系列的方法,比如 queryupdate,这些方法接受一个回调参数,封装了执行操作的具体逻辑。

虽然这些例子并不是命令模式的纯粹形式,但它们在设计上采用了命令模式的核心思想------将请求封装成对象,并由另一个对象来执行这些请求。这种模式在Spring框架中主要体现在将业务逻辑封装在独立的类或方法中,而由框架的其他部分来负责调用这些逻辑。这样的设计有助于降低系统各部分之间的耦合度,提高代码的可重用性和灵活性。


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