29、命令模式（详解版）

在软件开发系统中，“方法的请求者”与“方法的实现者”之间经常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，想对方法进行“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实现者解耦？”变得很重要，命令模式就能很好地解决这个问题。

在现实生活中，命令模式的例子也很多。比如看电视时，我们只需要轻轻一按遥控器就能完成频道的切换，这就是命令模式，将换台请求和换台处理完全解耦了。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）。

再比如，我们去餐厅吃饭，菜单不是等到客人来了之后才定制的，而是已经预先配置好的。这样，客人来了就只需要点菜，而不是任由客人临时定制。餐厅提供的菜单就相当于把请求和处理进行了解耦，这就是命令模式的体现。

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. 通过引入中间件（抽象接口）降低系统的耦合度。
2. 扩展性良好，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，且满足“开闭原则”。
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。
5. 可以在现有命令的基础上，增加额外功能。比如日志记录，结合装饰器模式会更加灵活。

其缺点是：

1. 可能产生大量具体的命令类。因为每一个具体操作都需要设计一个具体命令类，这会增加系统的复杂性。
2. 命令模式的结果其实就是接收方的执行结果，但是为了以命令的形式进行架构、解耦请求与实现，引入了额外类型结构（引入了请求方与抽象命令接口），增加了理解上的困难。不过这也是设计模式的通病，抽象必然会额外增加类的数量，代码抽离肯定比代码聚合更加难理解。

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. 具体命令类（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。

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：

1. package command;
3. public class CommandPattern {
4. public static void main(String[] args) {
5. Command cmd = new ConcreteCommand();
6. Invoker ir = new Invoker(cmd);
7. System.out.println("客户访问调用者的call()方法...");
8. ir.call();
9. }
10. }
12. //调用者
13. class Invoker {
14. private Command command;
16. public Invoker(Command command) {
17. this.command = command;
18. }
20. public void setCommand(Command command) {
21. this.command = command;
22. }
24. public void call() {
25. System.out.println("调用者执行命令command...");
26. command.execute();
27. }
28. }
30. //抽象命令
31. interface Command {
32. public abstract void execute();
33. }
35. //具体命令
36. class ConcreteCommand implements Command {
37. private Receiver receiver;
39. ConcreteCommand() {
40. receiver = new Receiver();
41. }
43. public void execute() {
44. receiver.action();
45. }
46. }
48. //接收者
49. class Receiver {
50. public void action() {
51. System.out.println("接收者的action()方法被调用...");
52. }
53. }

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）、馄饨厨师（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。

图2 客户在餐馆吃早餐的结构图

程序代码如下：

1. package command;
3. import javax.swing.*;
5. public class CookingCommand {
6. public static void main(String[] args) {
7. Breakfast food1 = new ChangFen();
8. Breakfast food2 = new HunTun();
9. Breakfast food3 = new HeFen();
10. Waiter fwy = new Waiter();
11. fwy.setChangFen(food1);//设置肠粉菜单
12. fwy.setHunTun(food2); //设置河粉菜单
13. fwy.setHeFen(food3); //设置馄饨菜单
14. fwy.chooseChangFen(); //选择肠粉
15. fwy.chooseHeFen(); //选择河粉
16. fwy.chooseHunTun(); //选择馄饨
17. }
18. }
20. //调用者：服务员
21. class Waiter {
22. private Breakfast changFen, hunTun, heFen;
24. public void setChangFen(Breakfast f) {
25. changFen = f;
26. }
28. public void setHunTun(Breakfast f) {
29. hunTun = f;
30. }
32. public void setHeFen(Breakfast f) {
33. heFen = f;
34. }
36. public void chooseChangFen() {
37. changFen.cooking();
38. }
40. public void chooseHunTun() {
41. hunTun.cooking();
42. }
44. public void chooseHeFen() {
45. heFen.cooking();
46. }
47. }
49. //抽象命令：早餐
50. interface Breakfast {
51. public abstract void cooking();
52. }
54. //具体命令：肠粉
55. class ChangFen implements Breakfast {
56. private ChangFenChef receiver;
58. ChangFen() {
59. receiver = new ChangFenChef();
60. }
62. public void cooking() {
63. receiver.cooking();
64. }
65. }
67. //具体命令：馄饨
68. class HunTun implements Breakfast {
69. private HunTunChef receiver;
71. HunTun() {
72. receiver = new HunTunChef();
73. }
75. public void cooking() {
76. receiver.cooking();
77. }
78. }
80. //具体命令：河粉
81. class HeFen implements Breakfast {
82. private HeFenChef receiver;
84. HeFen() {
85. receiver = new HeFenChef();
86. }
88. public void cooking() {
89. receiver.cooking();
90. }
91. }
93. //接收者：肠粉厨师
94. class ChangFenChef extends JFrame {
95. private static final long serialVersionUID = 1L;
96. JLabel l = new JLabel();
98. ChangFenChef() {
99. super("煮肠粉");
100. l.setIcon(new ImageIcon("src/command/ChangFen.jpg"));
101. this.add(l);
102. this.setLocation(30, 30);
103. this.pack();
104. this.setResizable(false);
105. this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
106. }
108. public void cooking() {
109. this.setVisible(true);
110. }
111. }
113. //接收者：馄饨厨师
114. class HunTunChef extends JFrame {
115. private static final long serialVersionUID = 1L;
116. JLabel l = new JLabel();
118. HunTunChef() {
119. super("煮馄饨");
120. l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HunTun.jpg"));
121. this.add(l);
122. this.setLocation(350, 50);
123. this.pack();
124. this.setResizable(false);
125. this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
126. }
128. public void cooking() {
129. this.setVisible(true);
130. }
131. }
133. //接收者：河粉厨师
134. class HeFenChef extends JFrame {
135. private static final long serialVersionUID = 1L;
136. JLabel l = new JLabel();
138. HeFenChef() {
139. super("煮河粉");
140. l.setIcon(new ImageIcon("src/command/HeFen.jpg"));
141. this.add(l);
142. this.setLocation(200, 280);
143. this.pack();
144. this.setResizable(false);
145. this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
146. }
148. public void cooking() {
149. this.setVisible(true);
150. }
151. }

程序的运行结果如图 2 所示。

图2 客户在餐馆吃早餐的运行结果

命令模式的应用场景

当系统的某项操作具备命令语义，且命令实现不稳定（变化）时，可以通过命令模式解耦请求与实现。使用抽象命令接口使请求方的代码架构稳定，封装接收方具体命令的实现细节。接收方与抽象命令呈现弱耦合（内部方法无需一致），具备良好的扩展性。

命令模式通常适用于以下场景。

1. 请求调用者需要与请求接收者解耦时，命令模式可以使调用者和接收者不直接交互。
2. 系统随机请求命令或经常增加、删除命令时，命令模式可以方便地实现这些功能。
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。

图3 组合命令模式的结构图

程序代码如下：

1. package command;
3. import java.util.ArrayList;
5. public class CompositeCommandPattern {
6. public static void main(String[] args) {
7. AbstractCommand cmd1 = new ConcreteCommand1();
8. AbstractCommand cmd2 = new ConcreteCommand2();
9. CompositeInvoker ir = new CompositeInvoker();
10. ir.add(cmd1);
11. ir.add(cmd2);
12. System.out.println("客户访问调用者的execute()方法...");
13. ir.execute();
14. }
15. }
17. //抽象命令
18. interface AbstractCommand {
19. public abstract void execute();
20. }
22. //树叶构件: 具体命令1
23. class ConcreteCommand1 implements AbstractCommand {
24. private CompositeReceiver receiver;
26. ConcreteCommand1() {
27. receiver = new CompositeReceiver();
28. }
30. public void execute() {
31. receiver.action1();
32. }
33. }
35. //树叶构件: 具体命令2
36. class ConcreteCommand2 implements AbstractCommand {
37. private CompositeReceiver receiver;
39. ConcreteCommand2() {
40. receiver = new CompositeReceiver();
41. }
43. public void execute() {
44. receiver.action2();
45. }
46. }
48. //树枝构件: 调用者
49. class CompositeInvoker implements AbstractCommand {
50. private ArrayList<AbstractCommand> children = new ArrayList<AbstractCommand>();
52. public void add(AbstractCommand c) {
53. children.add(c);
54. }
56. public void remove(AbstractCommand c) {
57. children.remove(c);
58. }
60. public AbstractCommand getChild(int i) {
61. return children.get(i);
62. }
64. public void execute() {
65. for (Object obj : children) {
66. ((AbstractCommand) obj).execute();
67. }
68. }
69. }
71. //接收者
72. class CompositeReceiver {
73. public void action1() {
74. System.out.println("接收者的action1()方法被调用...");
75. }
77. public void action2() {
78. System.out.println("接收者的action2()方法被调用...");
79. }
80. }

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。