命令设计模式知识概括

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命令设计模式简介

智能生活项目需求：

• 我们买了一套智能家电， 有照明灯、 风扇、 冰箱、 洗衣机， 我们只要在手机上安装 app 就可以控制对这些家电工作。
• 这些智能家电来自不同的厂家， 我们不想针对每一种家电都安装一个 App， 分别控制， 我们希望只要一个 app 就可以控制全部智能家电。
• 要实现一个 app 控制所有智能家电的需要， 则每个智能家电厂家都要提供一个统一的接口给 app 调用， 这时 就可以考虑使用命令模式。
• 命令模式可将“动作的请求者”从“动作的执行者” 对象中解耦出来。
• 在我们的例子中，动作的请求者是手机 app，动作的执行者是每个厂商的一个家电产品。

命令模式基本介绍：

• 命令模式(Command Pattern)： 在软件设计中， 我们经常需要向某些对象发送请求， 但是并不知道请求的接收者是谁，也不知道被请求的操作是哪个，我们只需在程序运行时指定具体的请求接收者即可， 此时可以使用命令模式来进行设计
• 命令模式使得请求发送者与请求接收者消除彼此之间的耦合， 让对象之间的调用关系更加灵活， 实现解耦
• 在命令模式中， 会将一个请求封装为一个对象， 以便使用不同参数来表示不同的请求(即命令)， 同时命令模式也支持可撤销的操作
• 通俗易懂的理解： 将军发布命令， 士兵去执行。 其中有几个角色： 将军(命令发布者) 、 士兵(命令的具体执行者) 、 命令(连接将军和士兵)
• Invoker 是调用者(将军) ， Receiver 是被调用者(士兵) ， MyCommand 是命令， 实现了 Command 口， 持有接收对象

命令模式原理类图：

• Invoker：是调用者角色，里面聚合了一个 Command 实现类的对象
• Command：是命令角色， 用于定义接口规范，需要执行的所有命令都在这里， 可以是接口或抽象类
• Receiver：接收者角色， 知道如何实施和执行一个请求相关的操作
• ConcreteCommand：具体的命令角色，实现(或继承) Command，将一个接收者对象与一个动作绑定， 调用接受者相应的操作
• 将 Command 的具体实现类与 Invoker 聚合，将 Receiver 与 Command 的具体实现类聚合，从而将 Invoker(命令调用者)和 Receiver(命令执行者)解耦

命令模式解决智能生活项目

简介：

• 应用实例要求：编写程序， 使用命令模式 完成前面的智能家电项目
• 类图：
• 代码实现：

Command：定义命令的规范

//创建命令接口
public interface Command {

	// 执行动作(操作)
	public void execute();

	// 撤销动作(操作)
	public void undo();
	
}

LightOnCommand：打开电灯的命令类，该类实现了 Command 接口，并且聚合了一个 LightReceiver 的实现类，用于操作电灯的开、关

public class LightOnCommand implements Command {

	// 聚合LightReceiver
	LightReceiver light;

	// 构造器
	public LightOnCommand(LightReceiver light) {
		this.light = light;
	}

	@Override
	public void execute() {
		// 调用接收者的方法
		light.on();
	}

	@Override
	public void undo() {
		// 调用接收者的方法
		light.off();
	}

}

LightOffCommand：关闭电灯的命令类，该类实现了 Command 接口，并且聚合了一个 LightReceiver 的实现类，用于操作电灯的开、关

public class LightOffCommand implements Command {

	// 聚合LightReceiver
	LightReceiver light;

	// 构造器
	public LightOffCommand(LightReceiver light) {
		this.light = light;
	}

	@Override
	public void execute() {
		// 调用接收者的方法
		light.off();
	}

	@Override
	public void undo() {
		// 调用接收者的方法
		light.on();
	}
}

LightReceiver：命令执行者，用于操作电灯的开、关

public class LightReceiver {

	public void on() {
		System.out.println(" 电灯打开了.. ");
	}

	public void off() {
		System.out.println(" 电灯关闭了.. ");
	}
	
}

TVOnCommand：打开电视机的命令类，该类实现了 Command 接口，并且聚合了一个 TVReceiver 的实现类，用于操作电视机的开、关

public class TVOnCommand implements Command {

	// 聚合TVReceiver
	TVReceiver tv;

	// 构造器
	public TVOnCommand(TVReceiver tv) {
		this.tv = tv;
	}

	@Override
	public void execute() {
		// 调用接收者的方法
		tv.on();
	}

	@Override
	public void undo() {
		// 调用接收者的方法
		tv.off();
	}
}

TVOffCommand：关闭电视机的命令类，该类实现了 Command 接口，并且聚合了一个 TVReceiver 的实现类，用于操作电视机的开、关

public class TVOffCommand implements Command {

	// 聚合TVReceiver
	TVReceiver tv;

	// 构造器
	public TVOffCommand(TVReceiver tv) {
		this.tv = tv;
	}

	@Override
	public void execute() {
		// 调用接收者的方法
		tv.off();
	}

	@Override
	public void undo() {
		// 调用接收者的方法
		tv.on();
	}
}

TVReceiver：命令执行者，用于操作电视机的开、关

public class TVReceiver {

	public void on() {
		System.out.println(" 电视机打开了.. ");
	}

	public void off() {
		System.out.println(" 电视机关闭了.. ");
	}
	
}

NoCommand：空命令，该类在 RemoteController 中用于初始化命令按钮，这样就不用做空指针判断

// 没有任何命令，即空执行: 用于初始化每个按钮, 当调用空命令时，对象什么都不做
// 其实，这样是一种设计模式, 可以省掉对空判断
public class NoCommand implements Command {

	@Override
	public void execute() {

	}

	@Override
	public void undo() {

	}

}

RemoteController：命令的发出者(Invoker)，聚合了 Command 的实现类，在 RemoteController 中调用 Command 实现类的方法控制设备的开、关

public class RemoteController {

	// 开 按钮的命令数组
	Command[] onCommands;
	Command[] offCommands;

	// 执行撤销的命令
	Command undoCommand;

	// 构造器，完成对按钮初始化
	public RemoteController() {
		onCommands = new Command[5];
		offCommands = new Command[5];

		for (int i = 0; i < 5; i++) {
			onCommands[i] = new NoCommand(); // 初始化时，设置为空操作，避免空指针判断
			offCommands[i] = new NoCommand(); // 初始化时，设置为空操作，避免空指针判断
		}
	}

	// 给我们的按钮设置你需要的命令
	public void setCommand(int no, Command onCommand, Command offCommand) {
		onCommands[no] = onCommand;
		offCommands[no] = offCommand;
	}

	// 按下开按钮
	public void onButtonWasPushed(int no) { // no 0
		// 找到你按下的开的按钮， 并调用对应方法
		onCommands[no].execute();
		// 记录这次的操作，用于撤销
		undoCommand = onCommands[no];
	}

	// 按下开按钮
	public void offButtonWasPushed(int no) { // no 0
		// 找到你按下的关的按钮， 并调用对应方法
		offCommands[no].execute();
		// 记录这次的操作，用于撤销
		undoCommand = offCommands[no];
	}

	// 按下撤销按钮
	public void undoButtonWasPushed() {
		undoCommand.undo();
	}

}

Client：测试代码

public class Client {

	public static void main(String[] args) {

		// 使用命令设计模式，完成通过遥控器，对电灯的操作
		// 创建电灯的对象(接受者)
		LightReceiver lightReceiver = new LightReceiver();

		// 创建电灯相关的开关命令
		LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand(lightReceiver);
		LightOffCommand lightOffCommand = new LightOffCommand(lightReceiver);

		// 需要一个遥控器
		RemoteController remoteController = new RemoteController();

		// 给我们的遥控器设置命令, 比如 no = 0 是电灯的开和关的操作
		remoteController.setCommand(0, lightOnCommand, lightOffCommand);

		System.out.println("--------按下灯的开按钮-----------");
		remoteController.onButtonWasPushed(0);
		System.out.println("--------按下灯的关按钮-----------");
		remoteController.offButtonWasPushed(0);
		System.out.println("--------按下撤销按钮-----------");
		remoteController.undoButtonWasPushed();

		// 使用命令设计模式，完成通过遥控器，对电视机的操作
		System.out.println("=========使用遥控器操作电视机==========");

		TVReceiver tvReceiver = new TVReceiver();

		TVOffCommand tvOffCommand = new TVOffCommand(tvReceiver);
		TVOnCommand tvOnCommand = new TVOnCommand(tvReceiver);

		// 给我们的遥控器设置命令, 比如 no = 1 是电视机的开和关的操作
		remoteController.setCommand(1, tvOnCommand, tvOffCommand);

		System.out.println("--------按下电视机的开按钮-----------");
		remoteController.onButtonWasPushed(1);
		System.out.println("--------按下电视机的关按钮-----------");
		remoteController.offButtonWasPushed(1);
		System.out.println("--------按下撤销按钮-----------");
		remoteController.undoButtonWasPushed();

	}

}

优点：

• 命令模式扩展性很强，假如我们想新增 TV 相关的类(Command 和 Receiver)，RemoteController类并不需要做任何变化，符合开闭原则

Spring JdbcTemplate

命令模式在Spring框架JdbcTemplate应用的源码分析：

StatementCallback 接口类似与之前的 Command 接口，用于定义命令的规范

public interface StatementCallback<T> {

	T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException, DataAccessException;

}

QueryStatementCallback 为匿名内部类，实现了 StatementCallback 接口，同时也充当了命令的接收者(Receiver)

public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations {

    // ...

	@Override
	public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {
		Assert.notNull(sql, "SQL must not be null");
		Assert.notNull(rse, "ResultSetExtractor must not be null");
		if (logger.isDebugEnabled()) {
			logger.debug("Executing SQL query [" + sql + "]");
		}
		class QueryStatementCallback implements StatementCallback<T>, SqlProvider {
			@Override
			public T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {
				ResultSet rs = null;
				try {
					rs = stmt.executeQuery(sql);
					ResultSet rsToUse = rs;
					if (nativeJdbcExtractor != null) {
						rsToUse = nativeJdbcExtractor.getNativeResultSet(rs);
					}
					return rse.extractData(rsToUse);
				}
				finally {
					JdbcUtils.closeResultSet(rs);
				}
			}
			@Override
			public String getSql() {
				return sql;
			}
		}
		return execute(new QueryStatementCallback());
	}
    
    // ...

JdbcTemplate 为命令的调用者，在 execute(StatementCallback action) 方法中，执行了命令： T result = action.doInStatement(stmtToUse);，不同的 StatementCallback 实现类，doInStatement() 方法的实现逻辑也不同

public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations {

    // ...
    
	@Override
	public <T> T execute(StatementCallback<T> action) throws DataAccessException {
		Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");

		Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
		Statement stmt = null;
		try {
			Connection conToUse = con;
			if (this.nativeJdbcExtractor != null &&
					this.nativeJdbcExtractor.isNativeConnectionNecessaryForNativeStatements()) {
				conToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeConnection(con);
			}
			stmt = conToUse.createStatement();
			applyStatementSettings(stmt);
			Statement stmtToUse = stmt;
			if (this.nativeJdbcExtractor != null) {
				stmtToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeStatement(stmt);
			}
			T result = action.doInStatement(stmtToUse);
			handleWarnings(stmt);
			return result;
		}
		catch (SQLException ex) {
			// Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock
			// in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.
			JdbcUtils.closeStatement(stmt);
			stmt = null;
			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
			con = null;
			throw getExceptionTranslator().translate("StatementCallback", getSql(action), ex);
		}
		finally {
			JdbcUtils.closeStatement(stmt);
			DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
		}
	}
    
    // ...

另外实现 StatementCallback 命令接口的子类还有如下四个

命令模式的注意事项

命令模式的注意事项和细节：

• 将发起请求的对象与执行请求的对象解耦。发起请求的对象是调用者，调用者只要调用命令对象的execute()方法就可以让接收者工作，而不必知道具体的接收者对象是谁、是如何实现的，命令对象会负责让接收者执行请求的动作，也就是说： ”请求发起者”和“请求执行者”之间的解耦是通过命令对象实现的，命令对象起到了纽带桥梁的作用
• 容易设计一个命令队列。只要把命令对象放到列队，就可以多线程的执行命令容易实现对请求的撤销和重做
• 命令模式不足：可能导致某些系统有过多的具体命令类， 增加了系统的复杂度， 这点在在使用的时候要注意
• 空命令也是一种设计模式，它为我们省去了判空的操作。在上面的实例中，如果没有用空命令，我们每按下一个按键都要判空，这给我们编码带来一定的麻烦
• 命令模式经典的应用场景：界面的一个按钮都是一条命令、 模拟CMD（DOS命令）订单的撤销/恢复、触发-反馈机制