在软件设计中,我们常常需要向某些对象发送请求,但并不清楚请求的接收者是谁,也不知道被请求的操作具体是什么。我们只需要在程序运行时指定具体的请求接收者即可。这种情况下,可以采用命令模式来设计,使得请求发送者与请求接收者之间的耦合关系得以解除,让对象之间的调用关系更加灵活。
命令模式可以将发送者和接收者完全解耦,发送者与接收者之间没有直接的引用关系。发送请求的对象只需要知道如何发送请求,而不必了解如何完成请求。这就是命令模式的核心动机。
命令模式(Command Pattern)将一个请求封装成一个对象,从而使我们可以用不同的请求对客户进行参数化;对请求进行排队或者记录请求日志,并支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式,也被称为动作模式或事务模式。
命令模式的组成结构包括以下角色:
- Command:抽象命令类
- ConcreteCommand:具体命令类
- Invoker:调用者
- Receiver:接收者
- Client:客户类
命令模式的时序图如下:
让我们通过一个实际的例子来理解命令模式的应用。我们假设要为文件系统程序提供打开、写入和关闭文件的方法。该文件系统程序应支持多种操作系统,如Windows和Unix。
首先,我们需要创建实际执行所有工作的接收者类。我们定义
接口及其实现类,用于不同操作系统的风格,例如Windows、Unix、Solaris等。
接收者类如下:
为简单起见,我创建了两种类型的接收者类,分别用于Unix和Windows系统。
接下来,我们创建命令接口和实现:
我们需要为接收者执行的所有不同类型的动作创建实现。由于我们有三个动作,因此我们将创建三个Command实现。每个Command实现都会将请求转发到适当的接收方方法。
现在我们已经准备好接收者和命令实现,因此可以开始实现调用程序类了。
调用者类
是一个简单的类,它封装Command,并将请求传递给Command对象以对其进行处理。
我们的文件系统程序实现已准备就绪,我们可以继续编写简单的命令模式客户端程序。但在此之前,我将提供一种程序方法来创建适当的
对象。
因为我们可以使用System类来获取操作系统信息,我们将使用此类,当然我们也可以使用Factory模式来基于输入返回适当的类型。
现在我们开始为文件系统程序结合命令模式来创建客户端程序了。
注意,客户端负责创建适当类型的命令对象。例如,如果要打开文件,则不应创建
对象。
客户端程序还负责将接收方附加到命令,然后将命令附加到调用方类。
演示上面的命令模式示例程序的输出为:
命令模式的本质是对命令进行封装,将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。
每一个命令都是一个操作:请求的一方发出请求,要求执行一个操作;接收的一方收到请求,并执行操作。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,更不必知道请求是怎么被接收,以及操作是否被执行、何时被执行,以及是怎么被执行的。命令模式使请求本身成为一个对象,这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。命令模式的关键在于引入了抽象命令接口,且发送者针对抽象命令接口编程,只有实现了抽象命令接口的具体命令才能与接收者相关联。
命令模式的优点:
- 降低系统的耦合度。
- 新的命令可以很容易地加入到系统中。
- 可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令(组合命令)。
- 可以方便地实现对请求的Undo和Redo。
命令模式的缺点:
- 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。因为针对每一个命令都需要设计一个具体命令类,因此某些系统可能需要大量具体命令类,这将影响命令模式的使用。
适用环境:
- 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。
- 系统需要将一组操作组合在一起,即支持宏命令。
总结:
在命令模式中,将一个请求封装为一个对象,从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或者记录请求日志,以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式,其别名为动作模式或事务模式。命令模式包含四个角色:抽象命令类中声明了用于执行请求的execute()等方法,通过这些方法可以调用请求接收者的相关操作;具体命令类是抽象命令类的子类,实现了在抽象命令类中声明的方法,它对应具体的接收者对象,将接收者对象的动作绑定其中;调用者即请求的发送者,又称为请求者,它通过命令对象来执行请求;接收者执行与请求相关的操作,它具体实现对请求的业务处理。
命令模式的本质是对命令进行封装,将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。命令模式使请求本身成为一个对象,这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。命令模式的主要优点在于降低系统的耦合度,增加新的命令很方便,而且可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令,并方便地实现对请求的撤销和恢复;其主要缺点在于可能会导致某些系统有过多的具体命令类。命令模式适用情况包括: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;需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求;需要支持命令的撤销操作和恢复操作,需要将一组操作组合在一起,即支持宏命令。