Java设计模式之行为型模式(命令模式)

一、核心定义与设计思想

命令模式通过对象化请求,将操作的具体实现细节封装在命令对象中,使得调用者(Invoker)无需直接依赖接收者(Receiver),仅需通过命令对象间接调用。这种设计支持以下能力:

  1. 解耦请求发送者与执行者:调用者仅与命令接口交互,无需了解接收者的实现细节。
  2. 支持扩展性与灵活性:新增命令只需实现接口,符合开闭原则。
  3. 实现高级功能:如撤销(Undo)、重做(Redo)、事务管理及日志记录。

二、模式结构与角色

命令模式包含以下核心角色:

  1. Command(抽象命令接口)
    声明执行操作的统一接口,通常包含execute()方法,部分场景扩展undo()方法以支持撤销。

    java 复制代码
    public interface Command { 
        void execute(); 
        void undo(); // 可选
    }
  2. ConcreteCommand(具体命令类)
    实现命令接口,持有接收者的引用并调用其方法。例如:

    java 复制代码
    public class LightOnCommand implements Command {
        private Light receiver;
        public LightOnCommand(Light receiver) { this.receiver = receiver; }
        public void execute() { receiver.turnOn(); }
    }
  3. Receiver(接收者)
    实际执行操作的对象,例如电灯、文本编辑器等业务逻辑实现类。

  4. Invoker(调用者)
    触发命令执行的入口,不关心命令具体实现。例如遥控器或按钮:

    java 复制代码
    public class RemoteControl {
        private Command command;
        public void pressButton() { command.execute(); }
    }
  5. Client(客户端)
    创建具体命令对象并绑定接收者,将其传递给调用者。


三、代码示例与实现

场景:遥控器控制家电(经典案例)

  1. 定义接收者

    java 复制代码
    class Light {
        public void turnOn() { System.out.println("灯已开启"); }
        public void turnOff() { System.out.println("灯已关闭"); }
    }
  2. 实现具体命令

    java 复制代码
    class LightOnCommand implements Command {
        private Light light;
        public LightOnCommand(Light light) { this.light = light; }
        public void execute() { light.turnOn(); }
    }
  3. 调用者与客户端交互

    java 复制代码
    public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            Light light = new Light();
            Command cmdOn = new LightOnCommand(light);
            RemoteControl control = new RemoteControl();
            control.setCommand(cmdOn);
            control.pressButton(); // 输出:灯已开启
        }
    }

    结果:调用者与接收者完全解耦,支持灵活替换命令。


四、高级应用场景

  1. 撤销与重做(Undo/Redo)
    通过维护命令历史栈实现操作回滚。例如文本编辑器的撤销功能:

    java 复制代码
    class Editor {
        private String text;
        public void insert(String content) { /* 实现 */ }
        public void delete(String content) { /* 实现 */ }
    }
    class InsertCommand implements Command {
        private Editor receiver;
        private String content;
        public void execute() { receiver.insert(content); }
        public void undo() { receiver.delete(content); }
    }
  2. 宏命令(Macro Command)
    将多个命令组合为一个复合命令,实现批量操作:

    java 复制代码
    class MacroCommand implements Command {
        private List commands = new ArrayList<>();
        public void add(Command cmd) { commands.add(cmd); }
        public void execute() { commands.forEach(Command::execute); }
    }
  3. 异步任务队列
    结合线程池处理异步请求,提升系统吞吐量:

    java 复制代码
    class CommandQueue {
        private BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        public void addCommand(Command cmd) { queue.put(cmd); }
        public void process() { 
            queue.forEach(cmd -> new Thread(cmd::execute).start()); 
        }
    }

五、优缺点分析

优点 缺点
解耦请求发送者与接收者,提升系统灵活性 可能导致类爆炸问题(每个操作需独立命令类)
支持撤销、重做及事务管理,增强用户体验 增加系统复杂度,需额外维护命令对象
符合开闭原则,扩展性强 过度设计风险,简单场景可能不必要

六、适用场景

  1. GUI事件处理:如按钮点击、菜单操作。
  2. 事务性操作:数据库事务的提交与回滚。
  3. 日志与审计:记录操作历史以便恢复。
  4. 异步任务调度:如消息队列中的任务处理。

七、与其他模式的对比

  • 策略模式:关注算法替换,而命令模式关注请求封装。
  • 观察者模式:通过订阅-发布解耦,命令模式通过对象化请求解耦。
  • 责任链模式:请求逐级传递,命令模式明确单一行执行路径。

总结

命令模式通过对象化请求实现了高度解耦与灵活控制,是构建可扩展系统的利器。其核心价值在于将操作抽象为对象,支持复杂功能(如撤销、异步队列)的同时降低系统耦合度。实际应用中需根据场景权衡复杂性,避免滥用。

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