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 {@Overridepublic void execute() {}@Overridepublic 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LightReceiverLightReceiver light;// 构造器public LightOffCommand(LightReceiver light) {super();this.light = light;}@Overridepublic void execute() {// 调用接收者的方法light.off();}@Overridepublic 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LightReceiverLightReceiver light;//构造器public LightOnCommand(LightReceiver light) {super();this.light = light;}@Overridepublic void execute() {//调用接收者的方法light.on();}@Overridepublic 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TVReceiverTVReceiver tv;// 构造器public TVOnCommand(TVReceiver tv) {super();this.tv = tv;}@Overridepublic void execute() {// 调用接收者的方法tv.on();}@Overridepublic void undo() {// 调用接收者的方法tv.off();}
}public class TVOffCommand implements Command {// 聚合TVReceiverTVReceiver tv;// 构造器public TVOffCommand(TVReceiver tv) {super();this.tv = tv;}@Overridepublic void execute() {// 调用接收者的方法tv.off();}@Overridepublic 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。