命令模式

1.1 模式动机

在软件设计中，我们经常需要向某些对象发送请求，但是并不知道请求的接收者是谁，也不知道被请求的操作是哪个，我们只需在程序运行时指定具体的请求接收者即可，此时，可以使用命令模式来进行设计，使得请求发送者与请求接收者消除彼此之间的耦合，让对象之间的调用关系更加灵活。

命令模式可以对发送者和接收者完全解耦，发送者与接收者之间没有直接引用关系，发送请求的对象只需要知道如何发送请求，而不必知道如何完成请求。这就是命令模式的模式动机。

1.2 模式定义

命令模式(Command Pattern)：将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式。

1.3 模式结构

命令模式包含如下角色：

  • Command: 抽象命令类
  • ConcreteCommand: 具体命令类
  • Invoker: 调用者
  • Receiver: 接收者
  • Client:客户类../_images/Command.jpg

1.4 时序图

../_images/seq_Command.jpg

1.5 模式分析

命令模式的本质是对命令进行封装，将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。

  • 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。
  • 命令模式允许请求的一方和接收的一方独立开来，使得请求的一方不必知道接收请求的一方的接口，更不必知道请求是怎么被接收，以及操作是否被执行、何时被执行，以及是怎么被执行的。
  • 命令模式使请求本身成为一个对象，这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。
  • 命令模式的关键在于引入了抽象命令接口，且发送者针对抽象命令接口编程，只有实现了抽象命令接口的具体命令才能与接收者相关联。

1.6 实例

实例一：电视机遥控器

  • 电视机是请求的接收者，遥控器是请求的发送者，遥控器上有一些按钮，不同的按钮对应电视机的不同操作。抽象命令角色由一个命令接口来扮演，有三个具体的命令类实现了抽象命令接口，这三个具体命令类分别代表三种操作：打开电视机、关闭电视机和切换频道。显然，电视机遥控器就是一个典型的命令模式应用实例。../_images/Command_eg.jpg 时序图: ../_images/seq_Command_eg.jpg

1.7 优点

命令模式的优点

  • 降低系统的耦合度。
  • 新的命令可以很容易地加入到系统中。
  • 可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令（组合命令）。
  • 可以方便地实现对请求的Undo和Redo。

1.8 缺点

命令模式的缺点

  • 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。因为针对每一个命令都需要设计一个具体命令类，因此某些系统可能需要大量具体命令类，这将影响命令模式的使用。

1.9 适用环境

在以下情况下可以使用命令模式：

  • 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。
  • 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。
  • 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。
  • 系统需要将一组操作组合在一起，即支持宏命令

1.10 模式应用

很多系统都提供了宏命令功能，如UNIX平台下的Shell编程，可以将多条命令封装在一个命令对象中，只需要一条简单的命令即可执行一个命令序列，这也是命令模式的应用实例之一。

1.11 模式扩展

宏命令又称为组合命令，它是命令模式和组合模式联用的产物。

-宏命令也是一个具体命令，不过它包含了对其他命令对象的引用，在调用宏命令的execute()方法时，将递归调用它所包含的每个成员命令的execute()方法，一个宏命令的成员对象可以是简单命令，还可以继续是宏命令。执行一个宏命令将执行多个具体命令，从而实现对命令的批处理。

1.12 Go语言实现

命令模式本质是把某个对象的方法调用封装到对象中，方便传递、存储、调用。

示例中把主板单中的启动(start)方法和重启(reboot)方法封装为命令对象，再传递到主机(box)对象中。于两个按钮进行绑定：

  • 第一个机箱(box1)设置按钮1(button1) 为开机按钮2(button2)为重启。
  • 第二个机箱(box1)设置按钮2(button2) 为开机按钮1(button1)为重启。

从而得到配置灵活性。

除了配置灵活外，使用命令模式还可以用作：

  • 批处理
  • 任务队列
  • undo, redo

等把具体命令封装到对象中使用的场合

command.go

  1. package command
  3. import "fmt"
  5. type Command interface {
  6.     Execute()
  7. }
  9. type StartCommand struct {
  10.     mb *MotherBoard
  11. }
  13. func NewStartCommand(mb *MotherBoard) *StartCommand {
  14.     return &StartCommand{
  15.         mb: mb,
  16.     }
  17. }
  19. func (c *StartCommand) Execute() {
  20.     c.mb.Start()
  21. }
  23. type RebootCommand struct {
  24.     mb *MotherBoard
  25. }
  27. func NewRebootCommand(mb *MotherBoard) *RebootCommand {
  28.     return &RebootCommand{
  29.         mb: mb,
  30.     }
  31. }
  33. func (c *RebootCommand) Execute() {
  34.     c.mb.Reboot()
  35. }
  37. type MotherBoard struct{}
  39. func (*MotherBoard) Start() {
  40.     fmt.Print("system starting\n")
  41. }
  43. func (*MotherBoard) Reboot() {
  44.     fmt.Print("system rebooting\n")
  45. }
  47. type Box struct {
  48.     button1 Command
  49.     button2 Command
  50. }
  52. func NewBox(button1, button2 Command) *Box {
  53.     return &Box{
  54.         button1: button1,
  55.         button2: button2,
  56.     }
  57. }
  59. func (b *Box) PressButton1() {
  60.     b.button1.Execute()
  61. }
  63. func (b *Box) PressButton2() {
  64.     b.button2.Execute()
  65. }

command_test.go

  1. package command
  3. func ExampleCommand() {
  4.     mb := &MotherBoard{}
  5.     startCommand := NewStartCommand(mb)
  6.     rebootCommand := NewRebootCommand(mb)
  8.     box1 := NewBox(startCommand, rebootCommand)
  9.     box1.PressButton1()
  10.     box1.PressButton2()
  12.     box2 := NewBox(rebootCommand, startCommand)
  13.     box2.PressButton1()
  14.     box2.PressButton2()
  15.     // Output:
  16.     // system starting
  17.     // system rebooting
  18.     // system rebooting
  19.     // system starting
  20. }

1.13 总结

  • 在命令模式中，将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作模式或事务模式。
  • 命令模式包含四个角色：抽象命令类中声明了用于执行请求的execute()等方法，通过这些方法可以调用请求接收者的相关操作；具体命令类是抽象命令类的子类，实现了在抽象命令类中声明的方法，它对应具体的接收者对象，将接收者对象的动作绑定其中；调用者即请求的发送者，又称为请求者，它通过命令对象来执行请求；接收者执行与请求相关的操作，它具体实现对请求的业务处理。
  • 命令模式的本质是对命令进行封装，将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。命令模式使请求本身成为一个对象，这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。
  • 命令模式的主要优点在于降低系统的耦合度，增加新的命令很方便，而且可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令，并方便地实现对请求的撤销和恢复；其主要缺点在于可能会导致某些系统有过多的具体命令类。
  • 命令模式适用情况包括：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；需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求；需要支持命令的撤销操作和恢复操作，需要将一组操作组合在一起，即支持宏命令。