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Java设计模式-命令模式

news 2025/8/21 8:30:22

Java设计模式-命令模式

模式概述

命令模式简介

核心思想：将“请求”封装为独立的命令对象，使请求的发送者（调用者）与接收者（执行者）完全解耦。通过命令对象的统一接口，支持请求的参数化、队列化、日志记录及撤销/重做等扩展操作。

模式类型：行为型设计模式（关注对象间的交互与职责分配）。

作用：

解耦发送者与接收者：调用者只需持有命令对象，无需直接依赖具体接收者。
支持灵活扩展：新增请求类型仅需添加新的命令类，符合“开闭原则”。
实现复杂控制：通过命令队列、日志记录或事务管理，支持批量执行、撤销/重做等功能。

典型应用场景：

GUI事件处理（如按钮点击触发菜单打开、窗口关闭等操作）。
事务管理系统（如数据库事务的提交/回滚，通过命令对象记录操作步骤）。
智能设备控制（如遥控器控制空调、电视，通过命令对象统一管理多设备操作）。
消息队列（如将用户请求封装为命令对象，异步执行或持久化存储）。

我认为：命令模式是“将动作打包成对象”的艺术，让请求的发起者专注于“触发”，执行者专注于“实现”，中间通过命令对象灵活调度。

课程目标

理解命令模式的核心思想和经典应用场景
识别应用场景，使用命令模式解决功能要求
了解命令模式的优缺点

核心组件

角色-职责表

角色	职责	示例类名
命令接口（Command）	定义执行请求的统一接口（如`execute()`）	`Command`
具体命令（ConcreteCommand）	实现命令接口，绑定具体接收者并实现执行逻辑	`LightOnCommand`、`LightOffCommand`
调用者（Invoker）	持有命令对象，触发命令执行（如遥控器按钮）	`RemoteController`
接收者（Receiver）	实际执行请求的对象（如电灯、空调等具体设备）	`Light`、`AirConditioner`

类图

下面是一个简化的类图表示，展示了命令模式中的主要角色及其交互方式：

传统实现 VS 命令模式

案例需求

案例背景：实现一个遥控器控制电灯的功能，支持“开灯”和“关灯”操作，后续可能扩展“调节亮度”“定时开关”等新功能。

传统实现（痛点版）

代码实现：

// 传统实现：调用者直接依赖接收者
class Light {public void turnOn() {System.out.println("电灯：打开");}public void turnOff() {System.out.println("电灯：关闭");}
}// 遥控器直接调用Light的方法（强耦合）
class RemoteController {private Light light;public RemoteController(Light light) {this.light = light;}public void openLight() {light.turnOn(); // 直接调用接收者方法}public void closeLight() {light.turnOff(); // 直接调用接收者方法}
}// 使用示例
public class Client {public static void main(String[] args) {Light light = new Light();RemoteController remote = new RemoteController(light);remote.openLight();  // 电灯：打开remote.closeLight(); // 电灯：关闭}
}

痛点总结：

强耦合：遥控器（调用者）与电灯（接收者）直接绑定，新增操作（如调节亮度）需修改遥控器代码，违反开闭原则。
功能扩展困难：无法统一管理多个操作（如批量执行“开灯+关空调”），也不支持撤销/重做。
缺乏抽象：请求（开灯/关灯）未被封装为对象，难以进行队列调度或日志记录。

命令模式实现（优雅版）

代码实现：

// 1. 命令接口（定义执行和撤销方法）
interface Command {void execute();  // 执行命令void undo();     // 撤销命令（可选）
}// 2. 具体命令：开灯命令（绑定接收者Light）
class LightOnCommand implements Command {private Light receiver;public LightOnCommand(Light receiver) {this.receiver = receiver;}@Overridepublic void execute() {receiver.turnOn(); // 调用接收者的实际操作}@Overridepublic void undo() {receiver.turnOff(); // 撤销操作是关灯}
}// 3. 具体命令：关灯命令
class LightOffCommand implements Command {private Light receiver;public LightOffCommand(Light receiver) {this.receiver = receiver;}@Overridepublic void execute() {receiver.turnOff();}@Overridepublic void undo() {receiver.turnOn(); // 撤销操作是开灯}
}// 4. 调用者：遥控器（支持设置和触发命令）
class RemoteController {private Command currentCommand; // 当前选中的命令public void setCommand(Command cmd) {this.currentCommand = cmd;}public void pressButton() {currentCommand.execute(); // 触发命令执行}public void pressUndoButton() {currentCommand.undo(); // 触发撤销操作}
}// 5. 接收者：电灯（实际执行操作）
class Light {public void turnOn() {System.out.println("电灯：打开");}public void turnOff() {System.out.println("电灯：关闭");}
}// 使用示例
public class Client {public static void main(String[] args) {Light light = new Light();Command lightOn = new LightOnCommand(light);Command lightOff = new LightOffCommand(light);RemoteController remote = new RemoteController();remote.setCommand(lightOn);remote.pressButton();  // 输出：电灯：打开remote.setCommand(lightOff);remote.pressButton();  // 输出：电灯：关闭// 支持撤销（例如：误操作后回退）remote.setCommand(lightOn);remote.pressButton();  // 电灯：打开remote.pressUndoButton(); // 输出：电灯：关闭}
}

优势：

解耦调用者与接收者：遥控器（RemoteController）仅依赖Command接口，无需知道Light的具体实现。
灵活扩展：新增“调节亮度”功能只需添加BrightnessAdjustCommand类，无需修改现有代码。
支持复杂控制：通过命令队列（如批量执行多个命令）或日志记录（如持久化命令对象），可实现事务回滚、撤销/重做等功能。

局限：

类数量增加：每个请求需定义一个具体命令类，可能导致系统类膨胀（可通过宏命令或组合模式优化）。
过度设计风险：若需求简单（如仅需直接调用），引入命令模式会增加代码复杂度。

模式变体

宏命令（Macro Command）：将多个命令组合成一个复合命令（如“一键回家”场景：开灯+开空调+播放音乐），通过一次触发执行所有子命令。
带事务的命令：记录命令执行前的状态（如数据库快照），通过undo()方法回滚到之前的状态，支持事务的原子性。
异步命令：将命令对象放入线程池或消息队列异步执行（如电商系统中的“下单”请求，通过命令队列解耦前端与库存/支付服务）。
日志命令：将命令序列化后持久化存储（如日志文件），用于系统崩溃后的恢复或操作审计。

最佳实践

建议	理由
命令接口保持简洁	仅定义`execute()`等核心方法，避免冗余方法增加实现复杂度。
接收者职责单一	接收者应专注于执行具体操作（如`Light`仅处理电灯开关），不与命令逻辑耦合。
合理使用钩子方法	在命令接口中添加可选方法（如`isEnabled()`），允许子类控制是否执行。
命令对象无状态	若命令需频繁创建，可通过享元模式共享实例（如无状态的`LightOnCommand`）。
支持撤销时记录上下文	若`undo()`需要依赖执行时的状态（如修改前的数值），命令对象需保存相关上下文。