17.命令模式Command

1.初识命令模式

将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可撤销的操作。

  • Command:
    定义命令的接口,声明执行的方法。
  • ConcreteCommand:
    命令接口实现对象,是“虚”的实现;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。
  • Receiver:
    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。
  • Invoker:
    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。
  • Client:
    创建具体的命令对象,并且设置命令对象的接收者。注意这个不是我们常规意义上的客户端,而是在组装命令对象和接收者,或许,把这个Client称为装配者会更好理解,因为真正使用命令的客户端是从Invoker来触发执行。

2.体会命令模式

2.1 场景问题——如何开机

当我们按下启动按钮过后呢?谁来处理?如何处理?都经历了怎样的过程,才让电脑真正的启动起来,供我们使用呢?
如果现在要求用软件把开机的过程表现出来,该如何实现?

首先把开机的过程总结一下,主要就这么几个步骤:首先加载电源,然后是设备检查,再然后是装载系统,最后电脑就正常启动了。可是谁来完成这些过程?如何完成?

不能让使用电脑的客户——就是我们来做这些工作吧,真正完成这些工作的是主板,那么客户和主板如何发生联系呢?现实中,是用连接线把按钮连接到主板上的,这样当客户按下按钮的时候,就相当于发命令给主板,让主板去完成后续的工作。

另外,从客户的角度来看,开机就是按下按钮,不管什么样的主板都是一样的,也就是说,客户只管发出命令,谁接收命令,谁实现命令,如何实现,客户是不关心的。

把上面的问题抽象描述一下:
客户端只是想要发出命令或者请求,不关心请求的真正接收者是谁,也不关心具体如何实现,而且同一个请求的动作可以有不同的请求内容,当然具体的处理功能也不一样,请问该怎么实现?

2.2 使用模式的解决方案


要用程序来解决上面提出的问题,一种自然的方案就是来模拟上述解决思路。

在命令模式中,会定义一个命令的接口,用来约束所有的命令对象,每个命令实现对象是对客户端某个请求的封装,对应于机箱上的按钮,一个机箱上可以有很多按钮,也就相当于会有多个具体的命令实现对象。

在命令模式中,命令对象并不知道如何处理命令,会有相应的接收者对象来真正执行命令。就像电脑的例子,机箱上的按钮并不知道如何处理功能,而是把这个请求转发给主板,由主板来执行真正的功能,这个主板就相当于命令模式的接收者。

在命令模式中,命令对象和接收者对象的关系,并不是与生俱来的,需要有一个装配的过程,命令模式中的Client对象就来实现这样的功能。这就相当于在电脑的例子中,有了机箱上的按钮,也有了主板,还需要有一个连接线把这个按钮连接到主板上才行。

命令模式还会提供一个Invoker对象来持有命令对象,就像电脑的例子,机箱上会有多个按钮,这个机箱就相当于命令模式的Invoker对象。这样一来,命令模式的客户端就可以通过Invoker来触发并要求执行相应的命令了,这也相当于真正的客户是按下机箱上的按钮来操作电脑一样。

3.理解命令模式

3.1 认识命令模式

3.1.1 命令模式的关键

命令模式的关键之处就是把请求封装成为对象,也就是命令对象,并定义了统一的执行操作的接口,这个命令对象可以被存储、转发、记录、处理、撤销等,整个命令模式都是围绕这个对象在进行。

3.1.2 命令模式的组装和调用

在命令模式中经常会有一个命令的组装者,用它来维护命令的“虚”实现和真实实现之间的关系。如果是超级智能的命令,也就是说命令对象自己完全实现好了,不需要接收者,那就是命令模式的退化,不需要接收者,自然也不需要组装者了。

而真正的用户就是具体化请求的内容,然后提交请求进行触发就好了。真正的用户会通过invoker来触发命令。

在实际开发中,Client和Invoker可以融合在一起,由客户在使用命令模式时,先进行命令对象和接收者的组装,组装完成后,再调用命令执行请求。

3.1.3 命令模式的接收者

接收者可以是任意的类,对它没有什么特殊要求,这个对象知道如何真正执行命令的操作,执行时是从command的实现类里面转调过来。

一个接收者对象可以处理多个命令,接收者和命令之间没有约定的对应关系。接收者提供的方法个数、名称、功能和命令中的可以不一样,只要能够通过调用接收者的方法来实现命令对应的功能就可以了。

3.1.4 智能命令

在标准的命令模式里面,命令的实现类是没有真正实现命令要求的功能的,真正执行命令的功能的是接收者。

如果命令的实现对象比较智能,它自己就能真实地实现命令要求的功能,而不再需要调用接收者,那么这种情况就称为智能命令。

也可以有半智能的命令,命令对象知道部分实现,其它的还是需要调用接收者来完成,也就是说命令的功能由命令对象和接收者共同来完成。

3.1.5 发起请求的对象和真正实现的对象是解耦的

请求究竟由谁处理,如何处理,发起请求的对象是不知道的,也就是发起请求的对象和真正实现的对象是解耦的。发起请求的对象只管发出命令,其它的就不管了。

3.1.6 命令模式的调用顺序示意图

使用命令模式的过程分成两个阶段,一个阶段是组装命令对象和接收者对象的过程,另外一个阶段是触发调用Invoker,来让命令真正执行的过程。


再看看真正执行命令时的调用顺序示意图:


3.2 参数化配置

所谓命令模式的参数化配置,指的是:可以用不同的命令对象,去参数化配置客户的请求。

像前面描述的那样:客户按下一个按钮,到底是开机还是重启,那要看参数化配置的是哪一个具体的按钮对象,如果参数化的是开机的命令对象,那就执行开机的功能,如果参数化的是重启的命令对象,那就执行重启的功能。虽然按下的是同一个按钮,相当于是同一个请求,但是为请求配置不同的按钮对象,那就会执行不同的功能。

3.3 可撤销的操作

可撤销操作的意思就是:放弃该操作,回到未执行该操作前的状态。这是一个非常重要的功能,几乎所有GUI应用里都有撤消操作的功能。GUI的菜单是命令模式最典型的应用之一,所以你总是能在菜单上找到撤销这样的菜单项。

既然这么常用,那该如何实现呢?

有两种基本的思路来实现可撤销的操作,一种是补偿式,又称反操作式:

  • 比如被撤销的操作是加的功能,那撤消的实现就变成减的功能;同理被撤销的操作是打开的功能,那么撤销的实现就变成关闭的功能。
  • 另外一种方式是存储恢复式,意思就是把操作前的状态记录下来,然后要撤销操作的时候就直接恢复回去就可以了。

这里先讲第一种方式,就是补偿式或者反操作式,第二种方式放到备忘录模式中去讲解。

实例如下:
考虑一个计算器的功能,最简单的那种,只能实现加减法运算,现在要让这个计算器支持可撤销的操作。

3.4 宏命令

简单点说就是包含多个命令的命令,是一个命令的组合。
举个例子来说吧,设想一下你去饭店吃饭的过程:


3.4.1 宏命令在哪里?

现实中是当你你点完菜,说“点完了”的时候,服务员才会启动命令的执行,请注意,这个时候执行的就不是一个命令了,而是执行一堆命令。

描述这一堆命令的就是菜单,如果把菜单也抽象成为一个命令,就相当于一个大的命令,当客户说“点完了”的时候,就相当于触发这个大的命令,意思就是执行菜单这个命令就可以了,这个菜单命令包含多个命令对象,一个命令对象就相当于一道菜。那么这个菜单就相当于我们说的宏命令。

3.4.2 如何实现宏命令

宏命令从本质上讲类似于一个命令,基本上把它当命令对象进行处理。但是它跟普通的命令对象又有些不一样,就是宏命令包含有多个普通的命令对象,执行一个宏命令,简单点说,就是执行宏命令里面所包含的所有命令对象,有点打包执行的意味。

3.5 队列请求

所谓队列请求,就是对命令对象进行排队,组成工作队列,然后依次取出命令对象来执行。多用多线程或者线程池来进行命令队列的处理,当然也可以不用多线程,就是一个线程,一个命令一个命令的循环处理,就是慢点。

3.6 日志请求

所谓日志请求,就是把请求的历史记录保存下来,一般是采用永久存储的方式。如果运行请求的过程中,系统崩溃了,那么在系统再次运行时,就可以从保存的历史记录里面获取日志请求,并重新执行命令。

日志请求的实现有两种方案:

  • 一种就是直接使用Java中的序列化方法;
  • 另外一种就是在命令对象里面添加上存储和装载的方法,其实就是让命令对象自己实现类似序列化的功能。

当然要简单就直接使用Java中的序列化。

3.7 命令模式的优缺点

  • 更松散的耦合
  • 更动态的控制
  • 能很自然的复合命令
  • 更好的扩展性

4.思考命令模式

4.1 命令模式的本质

命令模式的本质是:封装请求。

4.2 何时选用

  • 如果需要抽象出需要执行的动作,并参数化这些对象,可以选用命令模式,把这些需要执行的动作抽象成为命令,然后实现命令的参数化配置

  • 如果需要在不同的时刻指定、排列和执行请求,可以选用命令模式,把这些请求封装成为命令对象,然后实现把请求队列化

  • 如果需要支持取消操作,可以选用命令模式,通过管理命令对象,能很容易的实现命令的恢复和重做的功能

  • 如果需要支持当系统崩溃时,能把对系统的操作功能重新执行一遍,可以选用命令模式,把这些操作功能的请求封装成命令对象,然后实现日志命令,就可以在系统恢复回来后,通过日志获取命令列表,从而重新执行一遍功能

  • 在需要事务的系统中,可以选用命令模式,命令模式提供了对事务进行建模的方法,命令模式有一个别名就是Transaction。

4.3 退化的命令模式

前面讲到了智能命令,如果命令的实现对象超级智能,实现了命令所要求的功能,那么就不需要接收者了,既然没有了接收者,那么也就不需要组装者了。

参考

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