设计模式详解（十九）——命令模式

命令模式简介

命令模式定义

命令模式（Command Pattern）是一种在面向对象程序设计中常用的行为型设计模式。命令模式的核心思想在于将请求封装成一个对象，从而使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。它可以让请求发送者和请求接收者之间消除彼此之间的耦合关系。这种模式的关键在于将请求的行为参数化，使得不同的请求可以在不同时间由不同的对象来处理。同时，它支持对请求排队、记录请求日志，以及实现可撤销的操作。

命令模式包含以下角色：

命令角色（Command）：这是一个抽象类或接口，它定义了执行命令的方法,通常包含执行（execute）方法,但不实现具体的命令行为。
具体命令角色（Concrete Command）：实现了命令接口，持有接收者的引用，并在执行方法中调用接收者的方法来执行具体的命令行为;实现execute()方法，负责调用接收者的相应操作。
接收者角色（Receiver）：接收者是执行命令的对象，它实现了命令所需要执行的具体操作。接收者可以有多个，每个接收者都可以执行不同的操作。
请求者角色（Invoker）：请求者持有命令对象的引用，并通过调用命令的execute()方法来执行请求。它不需要知道命令的具体实现细节，只需知道如何调用命令对象。负责调用命令对象执行请求，相关的方法叫做行动方法（如action()）。
客户端（Client）：创建具体命令对象并设置其接收者，将命令对象传递给调用者执行请求。

命令模式优缺点：

优点：

解耦合：命令模式降低了调用者和接收者之间的耦合度。调用者只需知道命令的接口，而不需要知道命令的具体实现细节，从而降低系统的耦合度。
可扩展性：新的命令可以很容易地添加到系统中，而无需修改现有的代码结构，从而不影响现有的命令，符合开闭原则。
支持撤销和重做：由于命令被封装成对象，在具体命令类中保存状态，可以轻松地实现命令的撤销和重做功能。
日志记录：可以在命令对象中增加日志记录功能，记录命令的执行情况。这对于系统的调试和审计非常有帮助。
容易实现队列和宏命令：可以创建宏命令（复合命令），即把多个简单命令组合成一个更复杂的命令。
更好的安全性：命令模式可以帮助限制对敏感方法的访问权限，因为命令接口可以隐藏这些方法的实现细节。

缺点：

过多的具体命令类：每个具体命令都需要一个单独的类，可能会导致类的数量增加。如果系统中的命令种类非常多，可能会导致产生大量的具体命令类
系统复杂性：引入了额外的类和对象，增加了系统的复杂性。
执行效率：由于命令被封装成对象，可能会导致执行效率略有降低，特别是在需要大量命令对象的情况下。
可能增加对象数量：为了支持撤销操作，每个命令可能需要保存额外的状态信息，这会增加对象的数量。

使用场景

撤销和重做操作：当需要支持撤销和重做操作时，可以使用命令模式将每个操作封装成一个命令对象，从而实现撤销和重做功能。
队列请求：当需要将请求排队、记录请求日志、支持事务等场景时，可以使用命令模式将请求封装成命令对象，然后由调用者依次执行这些命令对象。
宏命令：当需要将多个简单命令组合成一个复合命令时，可以使用命令模式。
远程控制和自动化：在远程控制系统中，可以使用命令模式来发送远程指令给接收设备。
日程安排系统：在日程安排系统中，可以使用命令模式实现对日程的增加、删除、修改等操作，支持撤销和重做功能。
GUI 应用程序：在图形用户界面中，命令模式可以用来处理用户的输入事件，例如按钮点击、菜单选项选择等
日志记录和历史追踪：命令模式可以用来记录操作的历史，这对于审计和调试非常有用。

以下举一个命令模式的例子：

下面通过一个简单的例子来演示。

假如我们自己开发一个音乐播放器，有播放功能、切换上一首功能、切换下一首功能、暂停功能，我们自己去操作的时候并不是直接调用音乐播放器的方法，而是通过一个控制条去传达指令给播放器内部。那么每个按钮就相当于是对一条命令的封装。

创建接收者角色（Receiver）

java 复制代码

/**
 * 音乐播放器，作为接收者角色（Receiver）
 */
public class MusicPlayer {
    public void play() {
        System.out.println("播放");
    }

    public void stop() {
        System.out.println("暂停");
    }

    public void previousSong() {
        System.out.println("拖动进度条");
    }

    public void nextSong() {
        System.out.println("停止播放");
    }
}

创建命令角色（Command）

java 复制代码

/**
 * 命令角色（Command）
 */
public interface Command {
    void execute();
}

创建4个具体命令角色（Concrete Command），分别是实现播放，暂停，上一首，下一首的操作

java 复制代码

/**
 * 播放操作
 */
public class Play implements Command{
    private MusicPlayer musicPlayer;

    public Play(MusicPlayer musicPlayer) {
        this.musicPlayer = musicPlayer;
    }

    @Override
    public void execute() {
        musicPlayer.play();
    }
}

java 复制代码

/**
 * 暂停操作
 */
public class Stop implements Command{
    private MusicPlayer musicPlayer;

    public Stop(MusicPlayer musicPlayer) {
        this.musicPlayer = musicPlayer;
    }

    @Override
    public void execute() {
        musicPlayer.stop();
    }
}

java 复制代码

/**
 * 切换上一首歌操作
 */
public class PreviousSong implements Command{
    private MusicPlayer musicPlayer;

    public PreviousSong(MusicPlayer musicPlayer) {
        this.musicPlayer = musicPlayer;
    }

    @Override
    public void execute() {
        musicPlayer.previousSong();
    }
}

java 复制代码

/**
 * 切换下一首歌操作
 */
public class NextSong implements Command{
    private MusicPlayer musicPlayer;

    public NextSong(MusicPlayer musicPlayer) {
        this.musicPlayer = musicPlayer;
    }

    @Override
    public void execute() {
        musicPlayer.nextSong();
    }
}

创建请求者角色（Invoker）

java 复制代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 请求者角色（Invoker）
 */
public class Action {
    private List<Command> actions = new ArrayList<Command>();

    public void addAction(Command action){
        actions.add(action);
    }

    public void execute(Command action){
        action.execute();
    }

    public void executes(){
        for (Command action:actions) {
            action.execute();
        }
        actions.clear();
    }
}

创建客户端（Client）

java 复制代码

/**
 * 客户端（Client）
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        MusicPlayer musicPlayer = new MusicPlayer();
        Action action = new Action();
        //立即执行操作
        action.execute(new Play(musicPlayer));
        action.execute(new Stop(musicPlayer));
        action.execute(new PreviousSong(musicPlayer));
        action.execute(new NextSong(musicPlayer));
        System.out.println("=========================");

        // 将方法添加到列表中，方便执行多条操作
        // 例如音乐播放器点下一首时，会切换下一首歌，并进行播放，这就设计一个按钮就行，然后这个按钮可以直接实现，切换下一首歌并播放的操作
        Action actionOther = new Action();
        actionOther.addAction(new NextSong(musicPlayer));
        actionOther.addAction(new Play(musicPlayer));
        actionOther.executes();
    }
}

输出结果如下所示：

java 复制代码

播放
暂停
切换到上一首歌
切换到下一首歌
=========================
切换到下一首歌
播放

在上述例子中，

展示了命令模式在音乐播放器中的应用。MusicPlayer 类作为接收者，提供了播放、暂停、上一首和下一首的操作。Command 接口定义了命令的通用执行方法。四个具体命令类 (Play, Stop, PreviousSong, NextSong) 实现了这些操作，并持有 MusicPlayer 的引用。Action 类作为调用者，管理命令列表并执行命令。客户端通过 Action 对象立即执行单个命令或批量执行一系列命令，实现了命令的解耦和灵活管理。

总而言之：

命令模式是一种行为设计模式，用于将请求封装为对象，以便使用不同的请求对客户端进行参数化，支持命令队列、日志记录和撤销操作。核心概念包括命令接口（Command）、具体命令类（Concrete Command）、接收者（Receiver）和调用者（Invoker）。命令接口定义了所有命令共有的执行方法，具体命令类实现了命令接口并封装了接收者对象的引用，接收者执行实际的业务逻辑，调用者则请求命令对象执行命令。命令模式的优势在于降低调用者与接收者之间的耦合度，支持撤销操作和宏命令，易于扩展新命令。但同时也可能导致产生大量具体命令类，客户端需要管理命令对象，且可能存在性能开销。适用于GUI应用程序、事务处理、宏命令、命令行界面和需要撤销操作的场景。

以上代码下载请点击该链接：https://github.com/Yarrow052/Java-package.git