设计模式系列 — 命令模式

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前言

23种设计模式快速记忆的请看上面第一篇，本篇和大家一起来学习命令模式相关内容。

模式定义

将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通，这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。

在软件开发系统中，常常出现“方法的请求者”与“方法的实现者”之间存在紧密的耦合关系。这不利于软件功能的扩展与维护。例如，想对行为进行“撤销、重做、记录”等处理都很不方便，因此“如何将方法的请求者与方法的实现者解耦？”变得很重要，命令模式能很好地解决这个问题。

模版实现如下：

package com.niuh.designpattern.command.v1;

/**
 * <p>
 * 命令模式
 * </p>
 */
public class CommandPattern {
    public static void main(String[] args) {
        Command cmd = new ConcreteCommand();
        Invoker ir = new Invoker(cmd);
        System.out.println("客户访问调用者的call()方法...");
        ir.call();
    }
}

//抽象命令
interface Command {
    public abstract void execute();
}

//具体命令
class ConcreteCommand implements Command {
    private Receiver receiver;

    ConcreteCommand() {
        receiver = new Receiver();
    }

    public void execute() {
        receiver.action();
    }
}

//接收者
class Receiver {
    public void action() {
        System.out.println("接收者的action()方法被调用...");
    }
}

//调用者
class Invoker {
    private Command command;

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

    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void call() {
        System.out.println("调用者执行命令command...");
        command.execute();
    }
}

输出结果如下：

客户访问调用者的call()方法...
调用者执行命令command...
接收者的action()方法被调用...

解决的问题

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的关系，但某些场合，比如需要对行为进行记录、撤销或重做、事务等处理时，这种无法抵御变化的紧耦合的设计就不太合适。

模式组成

可以将系统中的相关操作抽象成命令，使调用者与实现者相关分离，其结构如下。

组成（角色） 作用
抽象命令类（Command）角色 声明执行命令的接口，拥有执行命令的抽象方法 execute()。
具体命令角色（Concrete Command）角色 是抽象命令类的具体实现类，它拥有接收者对象，并通过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 执行命令功能的相关操作，是具体命令对象业务的真正实现者。
调用者/请求者（Invoker）角色 是请求的发送者，它通常拥有很多的命令对象，并通过访问命令对象来执行相关请求，它不直接访问接收者。

实例说明

实例概况

结合命令模式，实现一个课程视频的打开和关闭。


使用步骤

步骤1：声明执行命令的接口，拥有执行命令的抽象方法 execute()

interface Command {
    void execute();
}

步骤2：定义具体命令角色，创建打开课程链接 和 关闭课程连接

/**
 * 打开课程链接
 */
class OpenCourseVideoCommand implements Command {

    private CourseVideo courseVideo;

    public OpenCourseVideoCommand(CourseVideo courseVideo) {
        this.courseVideo = courseVideo;
    }

    @Override
    public void execute() {
        courseVideo.open();
    }
}

/**
 * 关闭课程链接
 */
class CloseCourseVideoCommand implements Command {

    private CourseVideo courseVideo;

    public CloseCourseVideoCommand(CourseVideo courseVideo) {
        this.courseVideo = courseVideo;
    }

    @Override
    public void execute() {
        courseVideo.close();
    }
}

步骤3：定义接收者角色，执行命令功能的相关操作，是具体命令对象业务的真正实现者

class CourseVideo {

    private String name;

    public CourseVideo(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void open() {
        System.out.println(this.name + "课程视频开放。");
    }

    public void close() {
        System.out.println(this.name + "课程视频关闭。");
    }
}

步骤4：创建User对象为请求的发送者，即请求者角色

class User {

    private List<Command> commands = new ArrayList<>();

    public void addCommand(Command command) {
        commands.add(command);
    }

    public void executeCommands() {
        commands.forEach(Command::execute);
        commands.clear();
    }
}

步骤4：测试执行

public class CommandPattern {

    public static void main(String[] args) {
        //命令接收者
        CourseVideo courseVideo = new CourseVideo("设计模式系列");

        //创建命令
        OpenCourseVideoCommand openCourseVideoCommand = new OpenCourseVideoCommand(courseVideo);
        CloseCourseVideoCommand closeCourseVideoCommand = new CloseCourseVideoCommand(courseVideo);

        //创建执行人
        User user = new User();

        //添加命令
        user.addCommand(openCourseVideoCommand);
        user.addCommand(closeCourseVideoCommand);

        //执行
        user.executeCommands();
    }
}

输出结果

设计模式系列课程视频开放。
设计模式系列课程视频关闭。

优点

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。

缺点

可能产生大量具体命令类。因为计对每一个具体操作都需要设计一个具体命令类，这将增加系统的复杂性。

应用场景

命令执行过程较为复杂且可能存在变化，需要对执行命令动作本身进行额外操作，此时可以考虑使用命令模式

命令模式的扩展

在软件开发中，有时将命令模式与组合模式联合使用，这就构成了宏命令模式，也叫组合命令模式。宏命令包含了一组命令，它充当了具体命令与调用者的双重角色，执行它时将递归调用它所包含的所有命令，其具体结构图如下：


模版实现如下：

package com.niuh.designpattern.command.v2;

import java.util.ArrayList;

/**
 * <p>
 * 组合命令模式
 * </p>
 */
public class CompositeCommandPattern {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractCommand cmd1 = new ConcreteCommand1();
        AbstractCommand cmd2 = new ConcreteCommand2();
        CompositeInvoker ir = new CompositeInvoker();
        ir.add(cmd1);
        ir.add(cmd2);
        System.out.println("客户访问调用者的execute()方法...");
        ir.execute();
    }
}

//抽象命令
interface AbstractCommand {
    public abstract void execute();
}

//树叶构件: 具体命令1
class ConcreteCommand1 implements AbstractCommand {
    private CompositeReceiver receiver;

    ConcreteCommand1() {
        receiver = new CompositeReceiver();
    }

    public void execute() {
        receiver.action1();
    }
}

//树叶构件: 具体命令2
class ConcreteCommand2 implements AbstractCommand {
    private CompositeReceiver receiver;

    ConcreteCommand2() {
        receiver = new CompositeReceiver();
    }

    public void execute() {
        receiver.action2();
    }
}

//树枝构件: 调用者
class CompositeInvoker implements AbstractCommand {
    private ArrayList<AbstractCommand> children = new ArrayList<AbstractCommand>();

    public void add(AbstractCommand c) {
        children.add(c);
    }

    public void remove(AbstractCommand c) {
        children.remove(c);
    }

    public AbstractCommand getChild(int i) {
        return children.get(i);
    }

    public void execute() {
        for (Object obj : children) {
            ((AbstractCommand) obj).execute();
        }
    }
}

//接收者
class CompositeReceiver {
    public void action1() {
        System.out.println("接收者的action1()方法被调用...");
    }

    public void action2() {
        System.out.println("接收者的action2()方法被调用...");
    }
}

输出结果如下：

客户访问调用者的execute()方法...
接收者的action1()方法被调用...
接收者的action2()方法被调用...

命令模式还可以同备忘录（Memento）模式组合使用，这样就变成了可撤销的命令模式

源码中的应用

在 JdbcTemplate 中的应用

在JdbcTemplate中命令模式的使用并没有遵从标准的命令模式的使用，只是思想相同而已。

在 Spring 的 JdbcTemplate 这个类中有 query() 方法，query() 方法中定义了一个内部类 QueryStatementCallback，QueryStatementCallback 又实现了 StatementCallback 接口，另外还有其它类实现了该接口，StatementCallback 接口中又有一个抽象方法 doInStatement()。在 execute() 中又调用了 query()。

StatementCallback充当的是命令角色，JdbcTemplate即充当调用者角色，又充当接收者角色。上面的类图只是为了方便理解，实际上，QueryStatementCallback 与 ExecuteStatementCallback是JdbcTemplate中方法的内部类，具体看源码中的内容。

部分源码分析

StatementCallback接口：

public interface StatementCallback<T> {
    T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException, DataAccessException;
}

JdbcTemplate类：

public class JdbcTemplate extends JdbcAccessor implements JdbcOperations {
    //相当于调用者发布的一个命令
    @Override
    public <T> List<T> query(String sql, RowMapper<T> rowMapper) throws DataAccessException {
        return query(sql, new RowMapperResultSetExtractor<T>(rowMapper));
    }
    //命令发布后由具体的命令派给接收者进行执行
    @Override
    public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {
        Assert.notNull(sql, "SQL must not be null");
        Assert.notNull(rse, "ResultSetExtractor must not be null");
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Executing SQL query [" + sql + "]");
        }
        //内部类，实现StatementCallback，相当于具体的命令
        class QueryStatementCallback implements StatementCallback<T>, SqlProvider {
            @Override
            public T doInStatement(Statement stmt) throws SQLException {
                ResultSet rs = null;
                try {
                    rs = stmt.executeQuery(sql);
                    ResultSet rsToUse = rs;
                    if (nativeJdbcExtractor != null) {
                        rsToUse = nativeJdbcExtractor.getNativeResultSet(rs);
                    }
                    return rse.extractData(rsToUse);
                }
                finally {
                    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
                }
            }
            @Override
            public String getSql() {
                return sql;
            }
        }
        return execute(new QueryStatementCallback());
    }
    //相当于接收者，命令真正的执行者
    @Override
    public <T> T execute(StatementCallback<T> action) throws DataAccessException {
        Assert.notNull(action, "Callback object must not be null");
        Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
        Statement stmt = null;
        try {
            Connection conToUse = con;
            if (this.nativeJdbcExtractor != null &&
                    this.nativeJdbcExtractor.isNativeConnectionNecessaryForNativeStatements()) {
                conToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeConnection(con);
            }
            stmt = conToUse.createStatement();
            applyStatementSettings(stmt);
            Statement stmtToUse = stmt;
            if (this.nativeJdbcExtractor != null) {
                stmtToUse = this.nativeJdbcExtractor.getNativeStatement(stmt);
            }
            T result = action.doInStatement(stmtToUse);
            handleWarnings(stmt);
            return result;
        }
        catch (SQLException ex) {
            // Release Connection early, to avoid potential connection pool deadlock
            // in the case when the exception translator hasn't been initialized yet.
            JdbcUtils.closeStatement(stmt);
            stmt = null;
            DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
            con = null;
            throw getExceptionTranslator().translate("StatementCallback", getSql(action), ex);
        }
        finally {
            JdbcUtils.closeStatement(stmt);
            DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
        }
    }
}

PS：以上代码提交在 Github ：https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

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