命令模式——让程序舒畅执行

news2024/11/15 11:20:33

● 命令模式介绍

        命令模式(Command Pattern),是行为型设计模式之一。命令模式相对于其他的设计模式来说并没有那么多条条框框,其实并不是一个很“规矩”的模式,不过,就是基于一点,命令模式相对于其他的设计模式更为灵活多变。我们接触比较多的命令模式个例无非就是程序菜单命令,如在操作系统中,我们点击“关机”命令,系统就会执行一系列的操作,如先是暂停处理事件,保存系统的一些配置,然后结束程序进程,最后调用内核命令关闭计算机等,对于这一系列的命令,用户不用去管,用户只需要点击系统的关机按钮即可完成如上一系列的命令。而我们的命令模式其实也与之相同,将一系列的方法调用封装,用户只需要调用一个方法执行,那么所有这些被封装的方法就会被挨个调用。

● 命令模式的定义

        将一个请求封装成一个对象,从而让用户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,以及支持可撤销的操作。

● 命令模式的使用场景

        需要抽象出待执行的动作,然后以参数的形式提供出来——类似于过程设计中的回调机制,而命令模式正是回调机制的一个面向对象的替代品。

        在不同的时刻指定、排列和执行请求。一个命令对象可以有与初始请求无关的生存期。

        需要支持取消操作。

        支持修改日志功能,这样系统崩溃时,这些修改可以被重做一遍。

        需要支持事务操作。

●  命令模式的UML类图

        UML类图如下图所示。

        根据类图可以得出如下一个命令模式的通用模式代码。

        接收者类

/**
 * 接收者类
 */
public class Receiver {

    /**
     * 真正执行具体命令逻辑的方法
     */
    public void action() {
        System.out.println("执行具体操作");
    }
}

        抽象命名接口

/**
 * 抽象命名接口
 */
public interface Command {
    /**
     * 执行具体操作命令
     */
    void execute();
}

        具体命令类

/**
 * 具体命令类
 */
public class ConcreteCommand implements Command {
    private Receiver receiver;//持有一个对接收者对象的引用

    public ConcreteCommand(Receiver receiver) {
        this.receiver = receiver;

    }

    @Override
    public void execute() {
        //调用接收者的相关方法来执行具体逻辑
        receiver.action();
    }
}

        请求者类

/**
 * 请求者类
 */
public class Invoker {
    private Command command;//持有一个对相应命令对象的引用

    public Invoker(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void action() {
        //调用具体命令对象的相关方法,执行具体命令
        command.execute();
    }
}

        客户类

/**
 * 客户类
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //构造一个接受者对象
        Receiver receiver = new Receiver();

        //根据接受者对象构造一个命令对象
        Command command = new ConcreteCommand(receiver);

        //根据具体的对象构造请求者对象
        Invoker invoker = new Invoker(command);

        //执行请求方法
        invoker.action();
    }
}

        角色介绍。

        Receiver:接受者角色。

        该类复杂具体实施或执行一个请求,说得通俗点就是,执行具体逻辑的角色,以开头的“关机”命令操作为例,其接受者角色就是真正执行各项关机逻辑的底层代码。任何一个类都可以成为一个接受者,而在接受者类中封装具体操作逻辑的方法我们则称为行为方法。

        Command:命令角色。

        定义所有具体命令类的抽象接口。

        ConcreteCommand:具体命令角色。

        该类实现了 Command 接口,在execute 方法中调用接受者角色的相关方法,在接受者和命令执行的具体行为之间加以肉耦合。而 execute 则通常称为执行方法,如本文开头所示“关机”的操作实现,具体可能还包含很多相关的操作,比如保存数据、关闭文件、结束进程等,如果将这一系列具体的逻辑处理看作接受者,那么调用这些具体逻辑的方法就可以看作是执行方法。

        Invoker:请求者角色

        该类的职责就是调用命令对象执行具体的请求,相关的方法我们称为行动方法,还是用“关机”为例“关机”这个菜单命令一般就对应一个关机方法,我们点击了“关机”命令后,由这个关机方法去调用具体的命令执行具体的逻辑,这里的“关机”对应的这个方法就可以看做是请求者。

        Client:客户端角色

        以“关机”的例子来说就相当于人,很好理解不再多说。

        这里其实大家可以看到,命令模式的应用其实可以用一句话来概述,就是将行为调用者与实现者解耦,一个简单的例子,我们常会这样来调用代码。

        Paint mPaint = new Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG | Paint.DITHER_FLAG);
        mPaint.setShader(new SweepGradient(canvas.getWidth() / 2
                , canvas.getHeight() / 2
                , new int[]{0xffeeadde, 0xffbc4579, 0xffe9c43f, 0xffdccb48, 0xff44adde}
                , null));

        这样的逻辑调用再熟悉不过,先是 new 一个 Paint 对象,紧接着调用 Paint 中的 setShader 方法为 Paint 设置一个着色器。但是,如果我们调用逻辑比较复杂或者说调用行为有多种实现时,这种将行为调用者与行为实现者耦合在一起的写法就会很有问题。这时候使用设计模式来解耦合就很有比必要,当然,这里只是作为一个引子给大家思考,不多做分析。

● 命令模式的简单实现

        命令模式总体来说并不难,只是相对比较烦琐,你想想一个简单的调用关系被解耦成多个部分,必定会增加类的复杂度,但是即便如此,命令模式的结构依然清晰。大家小时候应该玩过俄罗斯方块游戏,这里以古老的俄罗斯方块游戏为例,看看我们在命令模式下是如何操控俄罗斯方块变化的。一般来说,俄罗斯方块游戏中都有4个按钮,两个左右移动的安排,一个快速下落的按钮,还有一个变化方块形状的按钮,这是计较经典的游戏原型。一个玩游戏的人相当于我们的客户端,而游戏上的4个按钮就相当于请求者,或者也可以称为调用者,执行具体按钮命令的逻辑方法可以看作是命令角色,当然,游戏内部具体是怎么实现的我们不知道,也不在这里探讨,仅作例子分析,最后真正执行处理具体逻辑的则是游戏本身,你可以看作是各种机器码计算处理来执行的具体逻辑,这里我们将它看作为接受者角色。逻辑分析比较清楚了,我们来将其“翻译”成代码,首先是我们的接收者,这里以俄罗斯方块游戏本身作为接受者角色。

        接受者角色,俄罗斯方块游戏。

/**
 * 接受者角色 俄罗斯方块游戏
 */
public class TetrisMachine {
    /**
     * 真正处理“向左”操作的逻辑代码
     */
    public void toLeft() {
        System.out.println("向左");
    }

    /**
     * 正在处理“向右”操作的逻辑代码
     */
    public void toEight() {
        System.out.println("向右");
    }

    /**
     * 正常处理“快速下落”操作的逻辑代码
     */
    public void fastToBottom() {
        System.out.println("快速下落");
    }

    /**
     * 真正处理“改变形状”操作的逻辑代码
     */
    public void transform() {
        System.out.println("改变形状");
    }
}

        TetrisMachine 类整个命令模式中唯一处理具体代码逻辑的地方,其他的类都是直接或间接地调用到该来的方法,这就是接收者角色,处理具体的逻辑。如上文我们所说,接收者类只是一个普通的类,任何类都可以作为接收者。接下来我们定义一个接口作为命令角色的抽象。

        命令者抽象,定义执行方法。

/**
 * 命令者抽象 定义执行方法
 */
public interface Command {
    /**
     * 命令执行
     */
    void execute();
}

        然后就是4个具体命令:向左移、向右移、掉落和变换。

        具体命令,向左移的命令类。

/**
 * 具体命令 向左移的命令类
 */
public class LeftCommand implements Command {
    //持有一个接收者俄罗斯方块游戏对象的引用
    private TetrisMachine machine;

    public LeftCommand(TetrisMachine machine) {
        this.machine = machine;
    }

    @Override
    public void execute() {
        //调用游戏机里的具体方法执行操作
        machine.toLeft();
    }
}

        具体命令者,向右移的命令类。

/**
 * 具体命令者 向右移的命令类
 */
public class RigthCommand implements Command {
    //持有一个接收者俄罗斯方块游戏对象的引用
    private TetrisMachine machine;

    public RigthCommand(TetrisMachine machine) {
        this.machine = machine;
    }

    @Override
    public void execute() {
        //调用游戏机里的具体方法执行操作
        machine.toRight();
    }
}

        具体命令者,快速落下的命令类。

/**
 * 具体命令者,快速落下的命令类。
 */
public class FallCommand implements Command {
    //持有一个接收者俄罗斯方块游戏对象的引用
    private TetrisMachine machine;

    public FallCommand(TetrisMachine machine) {
        this.machine = machine;
    }

    @Override
    public void execute() {
        //调用游戏机里的具体方法执行操作
        machine.fastToBottom();
    }
}

        具体命令者,改变形状的命令类。

/**
 * 具体命令者,改变形状的命令类。
 */
public class TransformCommand implements Command {
    //持有一个接收者俄罗斯方块游戏对象的引用
    private TetrisMachine machine;

    public TransformCommand(TetrisMachine machine) {
        this.machine = machine;
    }

    @Override
    public void execute() {
        //调用游戏机里的具体方法执行操作
        machine.transform();
    }
}

        从程序中可以看到,命令者角色类中的方法名称与 TetrisMachine 接受者角色类中的方法名可以不一样,两者之间仅是一种弱耦合。对于请求者,这里我们以一个 Buttons 类来表示,命令由按钮来执行。

        请求者类,命名由按钮发起。

/**
 * 请求者类,命名由按钮发起。
 */
public class Buttons {
    private LeftCommand leftCommand;//向左移动的命令对象引用
    private RightCommand rightCommand;//向右移动的命令对象引用
    private FallCommand fallCommand;//快速落下的命令对象引用
    private TransformCommand transformCommand;//变换形状的命令对象引用

    /**
     * 设置向左移动的命令对象
     *
     * @param leftCommand 向左移动的命令对象
     */
    public void setLeftCommand(LeftCommand leftCommand) {
        this.leftCommand = leftCommand;
    }

    /**
     * 设置向右移动的命令对象
     *
     * @param rightCommand 向右移动的命令对象
     */
    public void setRightCommand(RightCommand rightCommand) {
        this.rightCommand = rightCommand;
    }

    /**
     * 设置快速下落的命令对象
     *
     * @param fallCommand 快速下落的命令对象
     */
    public void setFallCommand(FallCommand fallCommand) {
        this.fallCommand = fallCommand;
    }

    /**
     * 设置变换形状的命令对象
     *
     * @param transformCommand 变换形状的命令对象
     */
    public void setTransformCommand(TransformCommand transformCommand) {
        this.transformCommand = transformCommand;
    }

    /**
     * 按下按钮向左移动
     */
    public void toLeft() {
        leftCommand.execute();
    }

    /**
     * 按下按钮向右移动
     */
    public void toRight() {
        rightCommand.execute();
    }

    /**
     * 按下按钮快速下落
     */
    public void fall() {
        fallCommand.execute();
    }

    /**
     * 按下按钮改变状态
     */
    public void transform() {
        transformCommand.execute();
    }
}

        客户类

/**
 * 客户类
 */
public class Player {
    public static void main(String[] args) {
        //首先要有俄罗斯方块游戏
        TetrisMachine machine = new TetrisMachine();

        //根据游戏我们构造4种命令
        LeftCommand leftCommand = new LeftCommand(machine);
        RightCommand rightCommand = new RightCommand(machine);
        FallCommand fallCommand = new FallCommand(machine);
        TransformCommand transformCommand = new TransformCommand(machine);

        //按钮可以执行不同的命令
        Buttons buttons = new Buttons();
        buttons.setLeftCommand(leftCommand);
        buttons.setRightCommand(rightCommand);
        buttons.setFallCommand(fallCommand);
        buttons.setTransformCommand(transformCommand);

        //具体按下哪个按钮玩具说了算
        buttons.toLeft();
        buttons.toRight();
        buttons.fall();
        buttons.transform();
    }
}

        或许大家在看了这一长篇代码后心存疑虑,明明就是一个简单的逻辑,为什么要做的如此复杂呢?对于大部分开发者来说更愿意解释如下的代码。

/**
 * 客户类
 */
public class Player {
    public static void main(String[] args) {
        //首先要有俄罗斯方块游戏
        TetrisMachine machine = new TetrisMachine();

        //要实现怎样的控制方式,我们就直接调用相关的函数就行
        machine.toLeft();
        machine.toRight();
        machine.fastToBottom();
        machine.transform();
    }
}

        调用逻辑做得如此复杂,这是因为来发起来方便,每次我们增加或许修改游戏功能只需修改 

TetrisMachine 类就行了,然后对应地改一改 Player 类,一切都很方便。但是,对开发者自己来说是方便了,那么,如果有一天开发者不再负责这个项目了呢?这样的逻辑留给后来者,没人觉得会方便。实际模式有一条重要的原则;对修改关闭对扩展开发,大家可以细细体会。

        除此之外,使用命令模式的另一个好处是可以实现命令记录功能,如在上例中,我们在请求者 Buttons 里使用一个数据结构来存储执行过的命令对象,以此可以方便地知道刚刚执行过哪些命令动作,并可以在需要时恢复,具体代码大家可自行尝试,这里不再给出。

在命令模式中,其充分体现了几乎所有设计模块的通病,就是类的膨胀,大量衍生类的创建,这是一个不可避免的问题,但是,其给我们带来的好处也非常多,更弱的耦合性、灵活性的控制性以及更好的扩展性,不过,在实际开发过程中是不是需要采用命令模式还是需要斟酌。

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