【设计模式】命令模式 （动作(Action)模式或事务(Transaction)模式）宏命令
命令模式（Command Pattern）详解
一、命令模式简介
命令模式（Command Pattern） 是一种 行为型设计模式（对象行为型模式），它将一个请求封装为一个对象，从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化，并支持请求的排队、记录日志、撤销等操作。
别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式
简单来说：
“把一次方法调用包装成一个对象，这样你就可以像处理普通对象一样来处理这些请求。”
将请求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
相同的开关可以通过不同的电线来控制不同的电器
开关 <- -> 请求发送者
电灯<- -> 请求的最终接收者和处理者
开关和电灯之间并不存在直接耦合关系，它们通过电线连接在一起，使用不同的电线可以连接不同的请求接收者
命令模式包含以下4个角色：
Command（抽象命令类）
ConcreteCommand（具体命令类）
Invoker（调用者）
Receiver（接收者）
命令模式的本质是对请求进行封装。
一个请求对应于一个命令，将发出命令的责任和执行命令的责任分开。
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，更不必知道请求如何被接收、操作是否被执行、何时被执行，以及是怎么被执行的。
二、解决的问题类型
命令模式主要用于解决以下问题：
- 解耦请求发送者和接收者：发送者不需要知道具体执行逻辑，只需要知道如何发送“命令”。
- 支持撤销/重做功能：通过保存命令历史，可以轻松实现撤销或重做操作。
- 支持事务回滚、日志记录、队列任务等功能：命令可以被记录、排队、延迟执行。（在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求）
- 系统需要将一组操作组合在一起形成宏命令
三、使用场景
| 场景 | 示例 |
|---|---|
| 支持撤销操作 | 文本编辑器中的“撤销”、“重做”按钮 |
| 解耦调用方与执行方 | 遥控器控制多个家电设备 |
| 实现宏命令 | 执行一组命令的组合操作 |
| 任务队列 | 将多个命令加入队列异步执行 |
| 日志与恢复 | 记录命令执行日志，系统崩溃后可恢复 |
四、核心角色
| 角色 | 描述 |
|---|---|
| Command（命令接口） | 定义执行命令的方法，如 execute() |
| ConcreteCommand（具体命令） | 实现 Command 接口，绑定具体的接收者（Receiver）并调用其方法 |
| Invoker（调用者） | 持有命令对象，负责调用命令的 execute() 方法 |
| Receiver（接收者） | 实际执行命令的对象，包含业务逻辑 |
| Client（客户端） | 创建命令对象并设置接收者，将命令交给调用者执行 |
五、代码案例（Java）
我们以“智能遥控器控制家电”为例来演示命令模式的使用。
1. 定义命令接口
// 命令接口
interface Command {void execute();void undo(); // 可选：用于撤销操作
}
2. 创建接收者类（实际执行动作的对象）
// 灯的接收者
class Light {public void on() {System.out.println("The light is ON");}public void off() {System.out.println("The light is OFF");}
}// 风扇的接收者
class Fan {public void start() {System.out.println("The fan is STARTING");}public void stop() {System.out.println("The fan is STOPPING");}
}
3. 创建具体命令类
// 开灯命令
class LightOnCommand implements Command {private Light light;public LightOnCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.on();}@Overridepublic void undo() {light.off();}
}// 关风扇命令
class FanOffCommand implements Command {private Fan fan;public FanOffCommand(Fan fan) {this.fan = fan;}@Overridepublic void execute() {fan.stop();}@Overridepublic void undo() {fan.start();}
}
4. 创建调用者（比如遥控器）
// 遥控器
class RemoteControl {private Command command;public void setCommand(Command command) {this.command = command;}public void pressButton() {command.execute();}public void pressUndo() {command.undo();}
}
5. 客户端测试代码
public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建接收者Light light = new Light();Fan fan = new Fan();// 创建具体命令Command lightOn = new LightOnCommand(light);Command fanOff = new FanOffCommand(fan);// 创建调用者RemoteControl remote = new RemoteControl();// 设置命令并执行remote.setCommand(lightOn);remote.pressButton(); // 输出：The light is ONremote.pressUndo(); // 输出：The light is OFFSystem.out.println("----------");remote.setCommand(fanOff);remote.pressButton(); // 输出：The fan is STOPPINGremote.pressUndo(); // 输出：The fan is STARTING}
}
典型代码（C++）
典型的抽象命令类代码
abstract class Command
{public abstract void Execute();
}
典型的调用者（请求发送者）类代码
class Invoker
{private Command command;//构造注入public Invoker(Command command){this.command=command;} public Command Command{get { return command; }//设值注入set { command = value; }
} //业务方法，用于调用命令类的方法public void Call(){command.Execute();}
}
典型的具体命令类代码
class ConcreteCommand : Command
{private Receiver receiver; //维持一个对请求接收者对象的引用public override void Execute(){receiver.Action();//调用请求接收者的业务处理方法Action()}
}
典型的请求接收者类代码
class Receiver
{public void Action(){//具体操作}
}
其他案例（C++）
- 为了用户使用方便，某系统提供了一系列功能键，用户可以自定义功能键的功能，例如功能键FunctionButton可以用于退出系统（由SystemExitClass类来实现），也可以用于显示帮助文档（由DisplayHelpClass类来实现）。
用户可以通过修改配置文件来改变功能键的用途，现使用命令模式来设计该系统，使得功能键类与功能类之间解耦，可为同一个功能键设置不同的功能。
- 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。
六、优缺点分析
| 优点 | 描述 |
|---|---|
| ✅ 解耦调用者与接收者 | 调用者无需了解具体执行细节，只需调用命令即可 |
| ✅ 支持撤销/重做、宏命令、日志记录等高级功能 | 通过命令对象可以轻松实现这些功能，可以比较容易地设计一个命令队列或宏命令（组合命令）为请求的撤销(Undo)和恢复(Redo)操作提供了一种设计和实现方案 |
| ✅ 扩展性好 | 新增命令只需添加新的 ConcreteCommand 类，符合开闭原则 |
| 缺点 | 描述 |
|---|---|
| ❌ 增加类的数量 | 每个命令都需要一个类，可能造成类爆炸 |
| ❌ 理解成本高 | 对于新手来说，结构略复杂，需要一定学习成本 |
| ❌ 性能开销 | 如果频繁创建命令对象，可能带来额外内存消耗 |
七、与其他模式对比（补充）
| 模式名称 | 目标 |
|---|---|
| 策略模式 | 封装算法，让算法可替换，强调“行为切换” |
| 观察者模式 | 当对象状态改变时通知所有监听者 |
| 命令模式 | 将请求封装成对象，便于传递、存储、撤销等操作 |
八、最终小结
命令模式是一种非常灵活且强大的行为型设计模式，它适用于：
- 需要解耦请求发送者和接收者的场景；
- 需要支持撤销、重做、日志记录等高级功能；
- 需要构建任务队列、宏命令、批处理机制等系统功能。
📌 一句话总结：
命令模式就像“遥控器”，你按下按钮，背后谁在干活你不知道，但你知道事情能办成。
✅ 推荐使用方式：
- 在需要撤销/重做的系统中优先考虑命令模式；
- 结合“命令历史”实现多级撤销；
- 使用“宏命令”批量执行多个命令；
- 用 JSON 序列化保存命令状态，实现持久化。
九、扩展
实现命令队列
动机：
- 当一个请求发送者发送一个请求时，有不止一个请求接收者产生响应，这些请求接收者将逐个执行业务方法，完成对请求的处理。
- 增加一个CommandQueue类，由该类负责存储多个命令对象，而不同的命令对象可以对应不同的请求接收者。
- 批处理。
实现：
using System.Collections.Generic;
namespace CommandSample
{class CommandQueue{//定义一个List来存储命令队列private List<Command> commands = new List<Command>();public void AddCommand(Command command){commands.Add(command);}public void RemoveCommand(Command command){commands.Remove(command);}//循环调用每一个命令对象的Execute()方法public void Execute() {foreach (object command in commands) {((Command)command).Execute();}}}
}
记录请求日志
动机：
将请求的历史记录保存下来，通常以日志文件(Log File)的形式永久存储在计算机中
- 为系统提供一种恢复机制
- 可以用于实现批处理
- 防止因为断电或者系统重启等原因造成请求丢失，而且可以避免重新发送全部请求时造成某些命令的重复执行
实现：
将发送请求的命令对象通过序列化写到日志文件中
命令类必须使用属性[Serializable]标记为可序列化
实现撤销操作
实例：
可以通过对命令类进行修改使得系统支持撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。
设计一个简易计算器，该计算器可以实现简单的数学运算，还可以对运算实施撤销操作。
宏命令
动机：
- 宏命令(Macro Command)又称为组合命令(Composite Command)，它是组合模式和命令模式联用的产物
- 宏命令是一个具体命令类，它拥有一个集合，在该集合中包含了对其他命令对象的引用
- 当调用宏命令的Execute()方法时，将递归调用它所包含的每个成员命令的Execute()方法。一个宏命令的成员可以是简单命令，还可以继续是宏命令
- 执行一个宏命令将触发多个具体命令的执行，从而实现对命令的批处理
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