Java 设计模式——命令模式

r囧r小猫 2024-02-20 11:49 49阅读 0赞

#### 目录 ####

*  1.概述
 *  2.结构
 *  3.案例实现
 *   *  3.1.命令接口
     *  3.2.具体命令
     *  3.3.接受者
     *  3.4.调用者
     *  3.5.测试
 *  4.优缺点
 *  5.使用场景
 *  6.JDK 源码解析——Runnable

## 1.概述 ##

（1）日常生活中，我们出去吃饭都会遇到下面的场景：  
![在这里插入图片描述][c9a93d703d6b4405b0ccc0a5cb8e0d68.png]

（2）命令模式是一种行为型设计模式，**它通过将请求封装为一个对象，使得可以灵活地参数化客户端对象，同时也能够将请求队列或记录日志、撤销操作等操作进行处理**。命令模式的作用在于**解耦请求发送者和接收者**。它通过引入命令对象，将一个请求与一个具体的操作关联起来。这样，发送者只需要知道如何触发命令，而无需知道命令如何被执行以及被谁执行。

## 2.结构 ##

命令模式包含以下主要角色：

*  **命令接口 (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。
 *  **接收者 (Receiver) 角色**：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 (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。

## 3.案例实现 ##

将上面的案例用代码实现，那就需要分析命令模式的角色在该案例中由谁来充当。

*  服务员：就是调用者角色，由她来发起命令。
 *  厨师：就是接收者角色，真正命令执行的对象。
 *  订单：命令中包含订单。

类图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA55Oi5rGf5rmW5oiR5rKJ5rWu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]  
具体实现代码如下：

### 3.1.命令接口 ###

**Command.java**

//命令接口
    public interface Command {
        
        void execute();
    }

**Order.java**

//订单类
    public class Order {
        
        //餐桌号码
        private int diningTable;
        
        //所下的餐品及份数
        private Map<String,Integer> foodDir = new HashMap<>();
        
        public int getDiningTable() {
        
            return diningTable;
        }
        
        public void setDiningTable(int diningTable) {
        
            this.diningTable = diningTable;
        }
        
        public Map<String, Integer> getFoodDir() {
        
            return foodDir;
        }
        
        public void setFood(String name, int num) {
        
            foodDir.put(name,num);
        }
    }

### 3.2.具体命令 ###

**OrderCommand.java**

//具体的命令类
    public class OrderCommand implements Command {
        
    
        //持有接收者对象
        private SeniorChef receiver;
        private Order order;
    
        public OrderCommand(SeniorChef receiver, Order order) {
        
            this.receiver = receiver;
            this.order = order;
        }
    
        @Override
        public void execute() {
        
            System.out.println("\n" + order.getDiningTable() + " 桌的订单:");
            Map<String, Integer> foodDir = order.getFoodDir();
            //遍历 map 集合
            Set<String> keys = foodDir.keySet();
            for (String foodName : keys) {
        
                receiver.makeFood(foodName, foodDir.get(foodName));
            }
            System.out.println(order.getDiningTable() + " 桌的饭准备完毕！");
        }
    }

### 3.3.接受者 ###

**SeniorChef.java**

//厨师类
    public class SeniorChef {
        
        public void makeFood(String name, int num){
        
            System.out.println(num + " 份" + name);
        }
    }

### 3.4.调用者 ###

**Waiter.java**

//服务员类
    public class Waiter {
        
        //持有多个命令对象
        private List<Command> commands = new ArrayList<>();
        
        public void setCommand(Command cmd){
        
            //将 cmd 对象存储到 list 集合中
            commands.add(cmd);
        }
        
        //发起命令功能，喊订单来了
        public void orderUp(){
        
            System.out.println("服务员: 大厨，新订单来了...");
            //遍历 list 集合
            for (Command command : commands) {
        
                if(command != null) {
        
                    command.execute();
                }
            }
        }
    }

### 3.5.测试 ###

**Client.java**

public class Client {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建第一个订单对象
            Order order1 = new Order();
            order1.setDiningTable(1);
            order1.setFood("西红柿鸡蛋面", 1);
            order1.setFood("小杯可乐", 2);
    
            //创建第二个订单对象
            Order order2 = new Order();
            order2.setDiningTable(2);
            order2.setFood("尖椒肉丝盖饭", 1);
            order2.setFood("小杯雪碧", 1);
    
            //创建厨师对象
            SeniorChef receiver = new SeniorChef();
            //创建命令对象
            OrderCommand cmd1 = new OrderCommand(receiver, order1);
            OrderCommand cmd2 = new OrderCommand(receiver, order2);
    
            //创建调用者(服务员对象)
            Waiter invoke = new Waiter();
            invoke.setCommand(cmd1);
            invoke.setCommand(cmd2);
    
            //让服务员发起命令
            invoke.orderUp();
        }
    }

输出结果如下：

服务员: 大厨，新订单来了...
    
    1 桌的订单:
    1 份西红柿鸡蛋面
    2 份小杯可乐
    1 桌的饭准备完毕！
    
    2 桌的订单:
    1 份尖椒肉丝盖饭
    1 份小杯雪碧
    2 桌的饭准备完毕！

## 4.优缺点 ##

（1）命令模式的优缺点如下：

*  优点：
    
     *  **解耦发送者和接收者**：命令模式通过将请求封装为对象，实现了请求发送者和接收者之间的解耦。发送者只需要知道如何触发命令，而无需关心具体的接收者和执行细节。
     *  **容易扩展新的命令**：由于命令模式将请求操作封装为对象，因此添加新的命令变得相对容易。可以通过创建新的具体命令类来实现新的请求，并与现有的系统进行交互，而无需修改已有代码。
     *  **支持命令的撤销和恢复**：命令模式允许在命令对象中保存执行操作的状态，从而可以实现撤销和恢复的功能。这对于需要追踪和管理操作历史记录的应用非常有用。
     *  **支持请求队列和日志记录**：命令模式可以将请求对象保存在队列中，并按照顺序执行。这样可以实现任务调度和优先级管理。此外，还可以将执行的命令记录下来，以便后续分析和审查。
 *  缺点：
    
     *  **命令类的增加**：使用命令模式，每个具体操作都需要创建一个具体命令类，这可能导致类的数量增加。如果系统需要大量命令类，可能会导致类爆炸的问题。
     *  **系统复杂性增加**：引入命令模式会增加系统的复杂性。需要管理命令对象、调用者和接收者之间的交互逻辑，可能需要引入额外的类来管理它们之间的关系。
     *  **执行效率降低**：由于命令模式需要请求对象封装、解封装等操作，可能会对系统的执行效率产生一定的影响，尤其是在需要频繁执行的场景中。

（2）综合来看，命令模式在需要解耦请求发送者和接收者、支持撤销和恢复、请求队列和日志记录等功能的场景下，是一种非常有用的设计模式。但在实际应用中，需要结合具体的需求和系统情况来评估使用该模式的利弊。

## 5.使用场景 ##

（1）命令模式在以下情况下特别适用：

*  **需要解耦请求发送者和接收者**：当请求发送者与接收者之间存在紧耦合的情况，即发送者需要直接知道接收者的具体实现细节时，可以引入命令模式来解耦二者之间的关系。
 *  **需要支持撤销和恢复操作**：当需要记录和管理操作历史记录，并且支持撤销和恢复功能时，可以使用命令模式。每个命令对象可以保存操作的状态和参数，便于后续撤销或恢复操作。
 *  **需要支持请求队列和任务调度**：命令模式可以将请求对象保存在队列中，按照顺序执行。这样可以实现请求的排队和优先级管理，支持任务调度和异步执行。
 *  **需要实现扩展性和灵活性**：命令模式通过将请求封装为对象，使得可以方便地添加新的命令类，不影响已有的代码。这样可以提供更好的扩展性和灵活性，以适应不断变化的需求。
 *  **需要实现日志记录和审计功能**：命令模式可以在命令对象中记录执行的操作，包括操作的时间、执行者等信息，便于后续的日志记录和审计分析。

（2）总之，命令模式在需要解耦、支持撤销和恢复、请求队列和任务调度、扩展性和灵活性以及日志记录和审计功能的场景下，是一种非常合适的设计模式。它可以提供更好的代码可维护性、可扩展性和可测试性，同时还能增加系统的灵活性和可靠性。

## 6.JDK 源码解析——Runnable ##

Runnable 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();
    }

调用者会调用一个 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: 命令接口
    * TurnOffThread: 具体命令
    * */ 
    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(); 
    	} 
    }

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