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java23种设计模式-命令模式

news 来源：原创 2025/6/9 22:29:01

命令模式（Command Pattern）学习笔记

1. 模式定义

行为型设计模式，将请求封装为对象，使请求的发送者与接收者解耦。支持请求的排队、记录、撤销/重做等操作。

2. 适用场景

✅ 需要将操作参数化
✅ 需要支持事务操作（撤销/重做）
✅ 需要实现任务队列/线程池
✅ 需要记录操作历史
✅ 需要支持宏命令（命令组合）

3. 模式结构

4. 核心角色

角色	说明
Command	命令接口，声明执行操作的抽象方法
ConcreteCommand	具体命令，绑定接收者与动作，实现execute()方法
Receiver	接收者，实际执行操作的对象
Invoker	调用者，触发命令执行
Client	创建具体命令并设置接收者

5. 代码示例

5.1 智能家居控制示例

// 接收者 - 灯光设备
class Light {
    public void on() {
        System.out.println("打开灯光");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("关闭灯光");
    }
}

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

// 具体命令
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;
    
    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }
    
    public void execute() {
        light.on();
    }
    
    public void undo() {
        light.off();
    }
}

class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;
    
    public LightOffCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }
    
    public void execute() {
        light.off();
    }
    
    public void undo() {
        light.on();
    }
}

// 调用者 - 遥控器
class RemoteControl {
    private Command command;
    private Command lastCommand;
    
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    
    public void pressButton() {
        command.execute();
        lastCommand = command;
    }
    
    public void pressUndo() {
        if (lastCommand != null) {
            lastCommand.undo();
            lastCommand = null;
        }
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Light livingRoomLight = new Light();
        Command lightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);
        Command lightOff = new LightOffCommand(livingRoomLight);
        
        RemoteControl remote = new RemoteControl();
        
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton();  // 打开灯光
        
        remote.setCommand(lightOff);
        remote.pressButton();  // 关闭灯光
        
        remote.pressUndo();    // 撤销操作（重新打开灯光）
    }
}

6. 模式变种

宏命令（组合命令）：

class MacroCommand implements Command {
    private List<Command> commands = new ArrayList<>();
    
    public void add(Command cmd) {
        commands.add(cmd);
    }
    
    public void execute() {
        for (Command cmd : commands) {
            cmd.execute();
        }
    }
    
    public void undo() {
        for (int i = commands.size()-1; i >= 0; i--) {
            commands.get(i).undo();
        }
    }
}

事务性命令：

class TransactionManager {
    private Stack<Command> history = new Stack<>();
    
    public void execute(Command cmd) {
        cmd.execute();
        history.push(cmd);
    }
    
    public void rollback() {
        while (!history.isEmpty()) {
            history.pop().undo();
        }
    }
}

7. 优缺点分析

✔️ 优点：

解耦请求发送者与接收者
支持撤销/重做操作
容易扩展新命令
支持命令的组合（宏命令）
支持请求排队与日志记录

❌ 缺点：

增加系统复杂度（每个操作都需要命令类）
可能产生大量具体命令类
需要管理命令的生命周期

8. 相关模式对比

模式	目的	关键区别
策略模式	封装算法族	关注算法选择，通常不可逆
观察者模式	状态变化通知	事件驱动，被动通知
备忘录模式	状态保存与恢复	关注对象状态保存
责任链模式	请求传递处理	多个对象处理请求

9. 实际应用案例

Java的Runnable接口（命令模式+线程池）
Swing的Action接口
数据库事务管理
操作系统的任务调度
游戏开发中的输入处理
文本编辑器的撤销/重做功能
Spring的JdbcTemplate（命令模式+模板方法）

10. 最佳实践建议

使用命令接口：保持命令的通用性
实现撤销机制：存储必要的状态信息
结合组合模式：实现宏命令功能
使用对象池：管理频繁创建的命令对象
添加日志功能：记录命令执行历史
支持异步执行：结合线程池实现
使用空对象模式：处理无操作命令（NullCommand）

11. 扩展应用（结合线程池）

// 命令接口（扩展支持异步）
interface AsyncCommand extends Command {
    Future<?> executeAsync(ExecutorService executor);
}

// 具体命令实现
class FileBackupCommand implements AsyncCommand {
    private String filePath;
    
    public FileBackupCommand(String path) {
        this.filePath = path;
    }
    
    public void execute() {
        // 同步执行
        backup();
    }
    
    public Future<?> executeAsync(ExecutorService executor) {
        return executor.submit(this::backup);
    }
    
    private void backup() {
        System.out.println("备份文件: " + filePath);
        // 具体备份逻辑...
    }
    
    public void undo() {
        System.out.println("恢复备份: " + filePath);
        // 恢复逻辑...
    }
}

// 使用示例
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
AsyncCommand cmd = new FileBackupCommand("data.db");
Future<?> task = cmd.executeAsync(pool);