设计模式之【命令模式】，方法调用的花式玩法

一、什么是命令模式

命令模式（Command Pattern）是对命令的封装，每一个命令都是一个操作：请求的一方发出请求要求执行一个操作；接收的一方收到请求，并执行操作。命令模式解耦了请求方和接收方，请求方只需请求执行命令，不用关心命令是怎样被接受，怎样被操作以及是否被执行等。命令模式属于行为型模式。

原文：将一个请求封装成医德对象，从而让你使用不同的请求把客户端参数化，对请求排队或者记录请求日志，可以提供命令的撤销和恢复功能。

在软件系统中，行为请求者与行为实现者通常是一种紧耦合关系，因为这样的实现简单明了。但紧耦合关系缺乏扩展性，在某些场合中，当需要为行为进行记录，撤销或重做等处理时，只能修改源码。而命令模式通过为请求与实现间引入了一个抽象命令接口，解耦了请求与实现，并且中间件是抽象的，它可以有不同的子类实现，因此其具备扩展性。所以，命令模式的本质是解耦命令请求与处理。

1、命令模式使用场景

当系统的某项操作具备命令语义时，且命令实现不稳定（变化），那么可以通过命令模式解耦请求与实现，利用抽象命令接口使请求方代码架构稳定，封装接收方具体命令实现细节。接收方与抽象命令接口呈现弱耦合（内部方法无需一致），具备良好的扩展性。命令模式适用于以下应用场景：

• 系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互。
• 现实语义中具备“命令”的操作（如命令菜单、shell命令等）。
• 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。
• 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。
• 需要支持命令宏（即命令组合操作）。

2、命令模式的主要角色

命令模式包含以下主要角色：

• 抽象命令类（Command）角色： 定义命令的接口，声明执行的方法。
• 具体命令（Concrete Command）角色：具体的命令，实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
• 实现者/接收者（Receiver）角色： 接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。
• 调用者/请求者（Invoker）角色： 要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。

从命令模式的UML类图中可以看出：Command的出现就是作为Receiver和Invoker的中间件，解耦了彼此。而之所以引入Command中间件，主要有以下两方面的原因：
（1）解耦请求与实现：即解耦了Invoker和Receiver，因为在UML类图中，Invoker是一个具体的实现，等待接收客户端传入命令（即Invoker与客户端耦合），Invoker处于业务逻辑区域，应当是一个稳定的结构。而Receiver是属于业务功能模块，是经常变动的；如果没有Command，则Invoker紧耦合Receiver，一个稳定的结构依赖了一个不稳定的结构，就会导致整个结构都不稳定了。这也就是Command引入的原因：不仅仅是解耦请求与实现，同时稳定（Invoker）依赖文档（Command），结构还是稳定的。
（2）扩展性增强：扩展性体现在两个方面：① Receiver属于底层细节，可以通过更换不同的Receiver达到不同的细节实现；② Command接口本身就是抽象的，本身就具备扩展性，而且由于命令对象本身就具备抽象，如果结合装饰器模式，功能扩展简直如鱼得水。

注！在一个系统中，不同的命令对应不同的请求，也就是说无法把请求抽象化，因此命令模式中的Receiver是具体实现；但是如果在某一个模块中，可以对Receiver进行抽象，其实这就变相使用到了桥接模式（Command类具备两个变化的维度：Command和Receiver），这样子的扩展性会更加优秀。

3、命令模式优缺点

优点：

• 降低系统的耦合度。命令模式能将调用操作的对象与实现该操作的对象解耦。
• 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，它满足“开闭原则”，对扩展比较灵活。
• 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。
• 方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。
• 可以在现有命令的基础上，增加额外功能（比如日志记录等等，结合装饰器模式效果更佳）。

缺点：

• 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。
• 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带来的一个通病，抽象必然会引入额外类型；抽象肯定比紧密难理解）。
• 使用频率低、理解难度大，只在非常特定的应用场景下才会用到。

4、命令模式注意事项及细节

• 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队列，就可以多线程的执行命令。
• 容易实现对请求的撤销和重做。
• 空命令也是一种设计模式，它为我们省去了判空的操作。可以使用接口适配器模式，将Command接口适配为一个空类。

二、使用示例

1、命令模式的一般写法

//抽象命令接口
public interface ICommand {
    
    
    void execute();
}

//具体命令
public class ConcreteCommand implements ICommand {
    
    
    // 直接创建接收者，不暴露给客户端
    private Receiver mReceiver;

    public ConcreteCommand(Receiver mReceiver) {
    
    
        this.mReceiver = mReceiver;
    }

    public void execute() {
    
    
        this.mReceiver.action();
    }
}

//请求者
public class Invoker {
    
    
    private ICommand mCmd;

    public Invoker(ICommand cmd) {
    
    
        this.mCmd = cmd;
    }

    public void action() {
    
    
        this.mCmd.execute();
    }
}

//接收者
public class Receiver {
    
    
    public void action() {
    
    
        System.out.println("执行具体操作");
    }
}

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        ICommand cmd = new ConcreteCommand(new Receiver());
        Invoker invoker = new Invoker(cmd);
        invoker.action();
    }
}

2、播放器功能案例

假如我们自己开发一个播放器，播放器有播放功能、拖拽进度条功能、停止播放功能、暂停播放功能，我们自己去操作播放器的时候并不是直接调用播放器的方法，而是通过一个控制条去传达指令给播放器内核，那么具体传达什么指令，会被封装为一个个的按钮。那么每个按钮就相当于是对一条命令的封装。用控制条实现了用户发送指令与播放器内核接收指令的解耦。

// Receiver角色：播放器内核GPlayer
public class GPlayer {
    
    
    public void play(){
    
    
        System.out.println("正常播放");
    }

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

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

    public void pause(){
    
    
        System.out.println("暂停播放");
    }
}

// 抽象命令Command角色：命令接口
public interface IAction {
    
    
    void execute();
}

// 具体命令角色
public class StopAction implements IAction {
    
    
    private GPlayer gplayer;

    public StopAction(GPlayer gplayer) {
    
    
        this.gplayer = gplayer;
    }

    public void execute() {
    
    
        gplayer.stop();
    }
}

public class PauseAction implements IAction {
    
    
    private GPlayer gplayer;

    public PauseAction(GPlayer gplayer) {
    
    
        this.gplayer = gplayer;
    }

    public void execute() {
    
    
        gplayer.pause();
    }
}

public class PlayAction implements IAction {
    
    
    private GPlayer gplayer;

    public PlayAction(GPlayer gplayer) {
    
    
        this.gplayer = gplayer;
    }

    public void execute() {
    
    
        gplayer.play();
    }
}

public class SpeedAction implements IAction {
    
    
    private GPlayer gplayer;

    public SpeedAction(GPlayer gplayer) {
    
    
        this.gplayer = gplayer;
    }

    public void execute() {
    
    
        gplayer.speed();
    }
}

// Invoker 角色
public class Controller {
    
    
    private List<IAction> actions = new ArrayList<IAction>();

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

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

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

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    

        GPlayer player = new GPlayer();
        Controller controller = new Controller();
        controller.execute(new PlayAction(player));

        controller.addAction(new PauseAction(player));
        controller.addAction(new PlayAction(player));
        controller.addAction(new StopAction(player));
        controller.addAction(new SpeedAction(player));
        controller.executes();
    }
}

3、遥控器案例

买了一套智能家电，有点灯、风扇、冰箱、洗衣机、电视机，我们只需要在手机上安装app就可以控制这些家电。

//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();
}

/**
 * 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() {
    
    
	}
}

// 电灯Receiver
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.. ");
	}
}
// 电灯具体命令类
public class LightOffCommand implements Command {
    
    

	// 聚合LightReceiver
	LightReceiver light;

	// 构造器
	public LightOffCommand(LightReceiver light) {
    
    
			super();
			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();
	}
}
// 电灯具体命令类
public class LightOnCommand implements Command {
    
    

	//聚合LightReceiver
	LightReceiver light;
	
	//构造器
	public LightOnCommand(LightReceiver light) {
    
    
		super();
		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();
	}
}

// 电视机Receiver
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.. ");
	}
}
// 电视机具体命令
public class TVOnCommand implements Command {
    
    

	// 聚合TVReceiver
	TVReceiver tv;

	// 构造器
	public TVOnCommand(TVReceiver tv) {
    
    
		super();
		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();
	}
}

public class TVOffCommand implements Command {
    
    

	// 聚合TVReceiver
	TVReceiver tv;

	// 构造器
	public TVOffCommand(TVReceiver tv) {
    
    
		super();
		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();
	}
}

// 控制器，Invoker角色
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();
			offCommands[i] = new NoCommand();
		}
	}

	// 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();
	}

}

// 客户端
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();
		
		
		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();
	}
}

三、源码中的命令模式

1、Thread

Runable是一个典型命令模式，Runnable担当命令的角色，Thread充当的是调用者，start方法就是其执行方法。

//命令接口(抽象命令角色)
public interface Runnable {
    
    
	public abstract void run();
}
//调用者
public class Thread implements Runnable {
    
    
	private Runnable target;
	public synchronized void start() {
    
    
		if (threadStatus != 0)
			throw new IllegalThreadStateException();
		group.add(this);
		boolean started = false;
		try {
    
    
			start0();
			started = true;
		} finally {
    
    
		try {
    
    
			if (!started) {
    
    
				group.threadStartFailed(this);
			}
			} catch (Throwable ignore) {
    
    
			}
		}
	}
	private native void start0();
}

会调用一个native方法start0(),调用系统方法，开启一个线程。而接收者是对程序员开放的，可以自己定义接收者。

/**
* jdk Runnable 命令模式
* TurnOffThread ： 属于具体
*/
public class TurnOffThread implements Runnable{
    
    
	private Receiver receiver;
	public TurnOffThread(Receiver receiver) {
    
    
		this.receiver = receiver;
	}
	public void run() {
    
    
		receiver.turnOFF();
	}
}

/**
* 测试类
*/
public class Demo {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		Receiver receiver = new Receiver();
		TurnOffThread turnOffThread = new TurnOffThread(receiver);
		Thread thread = new Thread(turnOffThread);
		thread.start();
	}
}

实际上调用线程的start方法之后，就有资格去抢CPU资源，而不需要我们自己编写获得CPU资源的逻辑。而线程抢到CPU资源后，就会执行run方法中的内容，用Runnable接口把用户请求和CPU执行进行了解耦。