命令模式（Command Pattern）详解

1. 什么是命令模式？

命令模式是一种行为型设计模式，它将请求（命令）封装为一个对象，从而使你可以使用不同的请求参数化客户端，队列或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

简单来说，命令模式就是将"请求"转化为一个对象，这个对象可以被存储、传递、调用，而且可以在不同的时间点被请求调用，即使发送请求的对象已经不存在。

2. 为什么需要命令模式？

在以下情况下，命令模式特别有用：

1. 需要参数化操作：当你需要根据运行时确定的请求参数来执行操作时
2. 需要将操作放入队列：当操作需要排队执行，或者在不同时间执行时
3. 需要支持撤销/重做功能：当系统需要支持操作的撤销和重做功能时
4. 需要支持事务：当操作需要作为一个事务执行，要么全部完成，要么全部不做
5. 需要将发送者与接收者解耦：当请求发送者不需要知道请求如何被处理以及由谁处理时

3. 命令模式的核心概念

命令模式涉及以下几个核心角色：

1. 命令（Command）：

   • 声明执行操作的接口
   • 通常只有一个执行方法（如execute()）

2. 具体命令（Concrete Command）：

   • 实现命令接口
   • 通常持有接收者的引用
   • 调用接收者的相关操作来完成命令的执行

3. 接收者（Receiver）：

   • 知道如何实施与命令相关的操作
   • 任何类都可以作为接收者

4. 调用者（Invoker）：

   • 要求命令对象执行请求
   • 不知道命令是如何执行的，也不知道具体的接收者是谁

5. 客户端（Client）：

   • 创建具体的命令对象并设置它的接收者
   • 将命令对象交给调用者

4. 命令模式的结构

命令模式的UML类图如下：

+----------------+       +----------------+
|    Invoker     |------>|    Command     |
+----------------+       +----------------+| execute()      |+----------------+↑|+----------------+|ConcreteCommand |+----------------+| execute()      |+----------------+||v+----------------+|    Receiver    |+----------------+| action()       |+----------------+

5. 命令模式的基本实现

5.1 简单的灯光控制示例

下面是一个简单的灯光控制示例，展示了命令模式的基本实现。

首先，定义命令接口：

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

然后，定义接收者类（灯）：

// 接收者类
public class Light {private String location;public Light(String location) {this.location = location;}public void turnOn() {System.out.println(location + " 灯已打开");}public void turnOff() {System.out.println(location + " 灯已关闭");}
}

接着，定义具体命令类：

// 打开灯的命令
public class LightOnCommand implements Command {private Light light;public LightOnCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.turnOn();}
}// 关闭灯的命令
public class LightOffCommand implements Command {private Light light;public LightOffCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.turnOff();}
}

然后，定义调用者类（远程控制器）：

// 调用者类
public class RemoteControl {private Command command;public void setCommand(Command command) {this.command = command;}public void pressButton() {command.execute();}
}

最后，客户端代码：

public class CommandPatternDemo {public static void main(String[] args) {// 创建接收者Light livingRoomLight = new Light("客厅");Light kitchenLight = new Light("厨房");// 创建具体命令Command livingRoomLightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);Command livingRoomLightOff = new LightOffCommand(livingRoomLight);Command kitchenLightOn = new LightOnCommand(kitchenLight);Command kitchenLightOff = new LightOffCommand(kitchenLight);// 创建调用者RemoteControl remote = new RemoteControl();// 使用远程控制器打开客厅灯remote.setCommand(livingRoomLightOn);remote.pressButton();// 使用远程控制器关闭客厅灯remote.setCommand(livingRoomLightOff);remote.pressButton();// 使用远程控制器打开厨房灯remote.setCommand(kitchenLightOn);remote.pressButton();// 使用远程控制器关闭厨房灯remote.setCommand(kitchenLightOff);remote.pressButton();}
}

输出结果：

客厅 灯已打开
客厅 灯已关闭
厨房 灯已打开
厨房 灯已关闭

5.2 家电控制示例

我们可以扩展上面的例子，添加更多种类的家电控制：

// 音响系统接收者
public class StereoSystem {private String location;public StereoSystem(String location) {this.location = location;}public void on() {System.out.println(location + " 音响已打开");}public void off() {System.out.println(location + " 音响已关闭");}public void setCD() {System.out.println(location + " 音响已设置为CD播放模式");}public void setVolume(int volume) {System.out.println(location + " 音响音量已设置为 " + volume);}
}// 电风扇接收者
public class Fan {private String location;public Fan(String location) {this.location = location;}public void on() {System.out.println(location + " 电风扇已打开");}public void off() {System.out.println(location + " 电风扇已关闭");}public void setHigh() {System.out.println(location + " 电风扇已设置为高速");}public void setMedium() {System.out.println(location + " 电风扇已设置为中速");}public void setLow() {System.out.println(location + " 电风扇已设置为低速");}
}

然后，为这些家电创建对应的命令：

// 打开音响的命令
public class StereoOnWithCDCommand implements Command {private StereoSystem stereo;public StereoOnWithCDCommand(StereoSystem stereo) {this.stereo = stereo;}@Overridepublic void execute() {stereo.on();stereo.setCD();stereo.setVolume(11);}
}// 关闭音响的命令
public class StereoOffCommand implements Command {private StereoSystem stereo;public StereoOffCommand(StereoSystem stereo) {this.stereo = stereo;}@Overridepublic void execute() {stereo.off();}
}// 打开风扇并设置高速的命令
public class FanHighCommand implements Command {private Fan fan;public FanHighCommand(Fan fan) {this.fan = fan;}@Overridepublic void execute() {fan.on();fan.setHigh();}
}// 关闭风扇的命令
public class FanOffCommand implements Command {private Fan fan;public FanOffCommand(Fan fan) {this.fan = fan;}@Overridepublic void execute() {fan.off();}
}

修改调用者类，支持多个按钮：

// 多按钮遥控器
public class MultiButtonRemote {private Command[] onCommands;private Command[] offCommands;public MultiButtonRemote(int slotCount) {onCommands = new Command[slotCount];offCommands = new Command[slotCount];// 初始化所有命令为空命令对象，避免空指针异常Command noCommand = new NoCommand(); // NoCommand是一个空实现for (int i = 0; i < slotCount; i++) {onCommands[i] = noCommand;offCommands[i] = noCommand;}}public void setCommand(int slot, Command onCommand, Command offCommand) {onCommands[slot] = onCommand;offCommands[slot] = offCommand;}public void pressOnButton(int slot) {onCommands[slot].execute();}public void pressOffButton(int slot) {offCommands[slot].execute();}
}// 空命令 - 用于初始化，避免空指针异常
public class NoCommand implements Command {@Overridepublic void execute() {// 什么也不做}
}

客户端代码：

public class HomeAutomationDemo {public static void main(String[] args) {// 创建接收者Light livingRoomLight = new Light("客厅");Light kitchenLight = new Light("厨房");StereoSystem stereo = new StereoSystem("客厅");Fan ceilingFan = new Fan("卧室");// 创建具体命令Command livingRoomLightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);Command livingRoomLightOff = new LightOffCommand(livingRoomLight);Command kitchenLightOn = new LightOnCommand(kitchenLight);Command kitchenLightOff = new LightOffCommand(kitchenLight);Command stereoOnWithCD = new StereoOnWithCDCommand(stereo);Command stereoOff = new StereoOffCommand(stereo);Command fanHigh = new FanHighCommand(ceilingFan);Command fanOff = new FanOffCommand(ceilingFan);// 创建多按钮遥控器MultiButtonRemote remote = new MultiButtonRemote(4);// 设置每个插槽对应的命令remote.setCommand(0, livingRoomLightOn, livingRoomLightOff);remote.setCommand(1, kitchenLightOn, kitchenLightOff);remote.setCommand(2, stereoOnWithCD, stereoOff);remote.setCommand(3, fanHigh, fanOff);// 测试按钮System.out.println("------ 按下第1个按钮的开按钮 --