命令模式

1. 概述

日常生活中，我们出去吃饭都会遇到下面的场景。

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，方便将命令对象进行存储、传递、调用、增加与管理。

提示

命令模式的关键在于"请求也是对象"。请求一旦变成对象，就有了普通对象的一切能力：可以放进集合排队、可以持久化保存、可以按序重放，甚至可以反向执行——这是 Undo/Redo、任务队列、日志系统等需求的基础。

2. 结构

命令模式包含以下主要角色：

角色	职责
抽象命令类（Command）	定义命令的接口，声明执行的方法
具体命令（Concrete Command）	实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作
接收者（Receiver）	真正执行命令的对象。任何类都可能成为接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能
调用者（Invoker）	要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，相当于使用命令对象的入口

3. 案例实现

将上面的场景用代码实现，我们需要分析命令模式的角色在该案例中由谁来充当：

• 服务员：就是调用者角色，由她来发起命令；
• 资深大厨：就是接收者角色，真正执行命令的对象；
• 订单：命令中包含订单。

类图如下：

代码如下：

public interface Command {
    // 只需要定义一个统一的执行方法
    void execute();
}

public class OrderCommand implements Command {

    // 持有接收者对象
    private SeniorChef receiver;
    private Order order;

    public OrderCommand(SeniorChef receiver, Order order) {
        this.receiver = receiver;
        this.order = order;
    }

    public void execute() {
        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的订单：");
        Set<String> keys = order.getFoodDic().keySet();
        for (String key : keys) {
            receiver.makeFood(order.getFoodDic().get(key), key);
        }

        try {
            Thread.sleep(100); // 停顿一下，模拟做饭的过程
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的饭弄好了");
    }
}

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Order {
    // 餐桌号码
    private int diningTable;

    // 用来存储餐名并记录份数
    private Map<String, Integer> foodDic = new HashMap<>();

    public int getDiningTable() {
        return diningTable;
    }

    public void setDiningTable(int diningTable) {
        this.diningTable = diningTable;
    }

    public Map<String, Integer> getFoodDic() {
        return foodDic;
    }

    // 记录一份餐名和份数
    public void setFoodDic(String name, int num) {
        foodDic.put(name, num);
    }
}

// 资深大厨类，是命令的 Receiver
public class SeniorChef {

    public void makeFood(int num, String foodName) {
        System.out.println(num + "份" + foodName);
    }
}

import java.util.ArrayList;

public class Waitor {

    // 可以持有很多的命令对象
    private ArrayList<Command> commands;

    public Waitor() {
        commands = new ArrayList<>();
    }

    public void setCommand(Command cmd) {
        commands.add(cmd);
    }

    // 发出命令，喊"订单来了"，厨师开始执行
    public void orderUp() {
        System.out.println("美女服务员：叮咚，大厨，新订单来了.......");
        for (int i = 0; i < commands.size(); i++) {
            Command cmd = commands.get(i);
            if (cmd != null) {
                cmd.execute();
            }
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建2个订单
        Order order1 = new Order();
        order1.setDiningTable(1);
        order1.getFoodDic().put("西红柿鸡蛋面", 1);
        order1.getFoodDic().put("小杯可乐", 2);

        Order order2 = new Order();
        order2.setDiningTable(3);
        order2.getFoodDic().put("尖椒肉丝盖饭", 1);
        order2.getFoodDic().put("小杯雪碧", 1);

        // 创建接收者
        SeniorChef receiver = new SeniorChef();
        // 将订单和接收者封装成命令对象
        OrderCommand cmd1 = new OrderCommand(receiver, order1);
        OrderCommand cmd2 = new OrderCommand(receiver, order2);
        // 创建调用者 waitor
        Waitor invoker = new Waitor();
        invoker.setCommand(cmd1);
        invoker.setCommand(cmd2);

        // 将订单带到柜台，并向厨师喊"订单来了"
        invoker.orderUp();
    }
}

4. 优缺点

4.1 优点

• 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；
• 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；
• 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；
• 方便实现 Undo 和 Redo 操作：命令模式可以与备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。

4.2 缺点

• 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类；
• 系统结构更加复杂。

5. 使用场景

• 系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互；
• 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求；
• 系统需要支持命令的撤销（Undo）操作和恢复（Redo）操作。

6. JDK 源码解析

Runnable 是一个典型的命令模式：Runnable 担当命令（抽象命令）的角色，Thread 充当的是调用者，start 方法就是其执行方法。

// 命令接口（抽象命令角色）
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

// 调用者
public class Thread implements Runnable {
    private Runnable target;

    public synchronized void start() {
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
            }
        }
    }

    private native void start0();
}

start() 内部会调用一个 native 方法 start0()，由它调用系统方法开启一个线程。而接收者是对程序员开放的，可以自己定义接收者。

/**
 * jdk Runnable 命令模式
 * TurnOffThread：属于具体命令角色
 */
public class TurnOffThread implements Runnable {
    private Receiver receiver;

    public TurnOffThread(Receiver receiver) {
        this.receiver = receiver;
    }

    public void run() {
        receiver.turnOFF();
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Receiver receiver = new Receiver();
        TurnOffThread turnOffThread = new TurnOffThread(receiver);
        Thread thread = new Thread(turnOffThread);
        thread.start();
    }
}

注

用 Lambda 写法 new Thread(receiver::turnOFF).start() 可以省掉 TurnOffCommand 这类样板代码，但"把要做的动作封装成对象交给 Thread 执行"这一命令模式的本质并没有改变。