設計模式精講 Day 14：命令模式（Command Pattern）

【設計模式精講 Day 14】命令模式（Command Pattern）

文章內容

在“設計模式精講”系列的第14天，我們來學習命令模式（Command Pattern）。命令模式是一種行為型設計模式，它將請求封裝為對象，從而使你可以用不同的請求、隊列或日志來參數化客戶端。這種模式的核心思想是通過解耦請求的發起者和執行者，提升系統的靈活性與可擴展性。

命令模式在實際開發中廣泛應用，例如在GUI事件處理、任務調度、事務管理等領域。它能夠幫助開發者構建更清晰、更易于維護的系統架構。本篇文章將從理論到實踐，深入講解命令模式的定義、結構、實現方式以及實際應用案例，并結合Java代碼展示其具體使用方式。

模式定義

命令模式（Command Pattern）是一種行為型設計模式，它將一個請求封裝成一個對象，從而使你可以在不同的請求之間進行參數化傳遞，或者將請求排隊、記錄日志、撤銷操作等。

核心思想：
將請求的發送者與接收者解耦，使得請求可以被參數化、記錄、撤銷或重放。

模式結構

命令模式的UML類圖包含以下幾個關鍵角色：

Command（命令接口）：聲明執行操作的抽象方法。
ConcreteCommand（具體命令）：實現Command接口，通常會持有接收者（Receiver）的引用，并調用其業務方法。
Receiver（接收者）：知道如何執行與請求相關的操作。
Invoker（調用者）：向客戶端提供調用命令的方法，通常不直接與接收者交互。
Client（客戶端）：創建具體的命令對象，并設置其接收者。

類圖文字描述

+---------------------+
|     Command         |
+---------------------+
| + execute()         |
+---------------------+^|
+---------------------+
| ConcreteCommand     |
+---------------------+
| - receiver: Receiver|
| + execute()         |
+---------------------+^|
+---------------------+
|     Receiver        |
+---------------------+
| + action()          |
+---------------------+^|
+---------------------+
|     Invoker         |
+---------------------+
| + setCommand()      |
| + executeCommand()  |
+---------------------+

適用場景

命令模式適用于以下幾種典型場景：

場景	描述
請求的參數化	需要將請求作為參數傳遞給其他對象
請求的隊列	將多個請求放入隊列中異步執行
日志記錄	記錄所有操作以便后續恢復或調試
撤銷/重做功能	通過保存命令對象實現操作的回滾
事件驅動系統	在GUI或消息隊列中處理用戶輸入或消息

實現方式

下面是一個完整的Java代碼示例，演示了命令模式的基本實現。

1. 定義命令接口

/*** 命令接口：定義執行操作的抽象方法*/
public interface Command {void execute();
}

2. 定義接收者類

/*** 接收者：執行具體業務邏輯的對象*/
public class Receiver {public void action() {System.out.println("Receiver is performing the action.");}
}

3. 定義具體命令類

/*** 具體命令類：實現Command接口，持有接收者的引用*/
public class ConcreteCommand implements Command {private Receiver receiver;public ConcreteCommand(Receiver receiver) {this.receiver = receiver;}@Overridepublic void execute() {// 調用接收者的業務方法receiver.action();}
}

4. 定義調用者類

/*** 調用者：負責調用命令對象的execute方法*/
public class Invoker {private Command command;public void setCommand(Command command) {this.command = command;}public void executeCommand() {if (command != null) {command.execute();} else {System.out.println("No command to execute.");}}
}

5. 客戶端代碼

/*** 客戶端：創建命令對象并設置接收者*/
public class Client {public static void main(String[] args) {Receiver receiver = new Receiver();Command command = new ConcreteCommand(receiver);Invoker invoker = new Invoker();invoker.setCommand(command);invoker.executeCommand(); // 輸出：Receiver is performing the action.}
}

工作原理

命令模式通過將請求封裝為對象，實現了請求的解耦。調用者（Invoker）不再直接與接收者（Receiver）交互，而是通過命令對象間接調用。這使得系統更加靈活，可以輕松地添加新的命令類型而無需修改現有代碼。

此外，由于命令對象是獨立的，它們可以被存儲、傳遞、重復使用甚至撤銷。例如，在實現撤銷功能時，只需要保存命令對象的歷史記錄即可。

優缺點分析

優點	缺點
解耦請求的發送者與接收者	增加了系統的復雜度
支持請求的排隊、日志和撤銷	可能導致過多的命令類
易于擴展新的命令類型	增加了內存消耗（每個命令都是一個對象）

案例分析：任務調度系統

假設我們正在開發一個任務調度系統，需要支持異步執行任務、記錄日志和撤銷操作。使用命令模式可以很好地解決這些問題。

問題描述：

用戶提交任務后，需要異步執行
需要記錄每條任務的執行日志
需要支持撤銷最近一次操作

解決方案：

使用命令模式封裝每個任務，由調度器統一管理。每次執行任務時，同時記錄日志；撤銷操作時，只需調用對應的命令對象的undo()方法。

示例代碼：

// 擴展命令接口，增加 undo 方法
public interface Command {void execute();void undo();
}// 修改接收者
public class TaskReceiver {public void executeTask() {System.out.println("Executing task...");}public void undoTask() {System.out.println("Undoing task...");}
}// 修改具體命令類
public class TaskCommand implements Command {private TaskReceiver receiver;private boolean executed = false;public TaskCommand(TaskReceiver receiver) {this.receiver = receiver;}@Overridepublic void execute() {if (!executed) {receiver.executeTask();executed = true;}}@Overridepublic void undo() {if (executed) {receiver.undoTask();executed = false;}}
}// 修改調用者
public class TaskScheduler {private Command currentCommand;public void setCommand(Command command) {this.currentCommand = command;}public void executeCommand() {if (currentCommand != null) {currentCommand.execute();}}public void undoCommand() {if (currentCommand != null) {currentCommand.undo();}}
}// 客戶端測試
public class TaskClient {public static void main(String[] args) {TaskReceiver receiver = new TaskReceiver();Command command = new TaskCommand(receiver);TaskScheduler scheduler = new TaskScheduler();scheduler.setCommand(command);scheduler.executeCommand(); // 執行任務scheduler.undoCommand();    // 撤銷任務}
}

在這個案例中，命令模式不僅提升了系統的可擴展性，還使任務的執行、記錄和撤銷變得非常簡單。

與其他模式的關系

命令模式常與其他設計模式結合使用，以增強系統功能：

模式	說明
責任鏈模式	命令模式可以作為責任鏈中的一個節點，實現請求的鏈式處理
備忘錄模式	命令模式可以與備忘錄模式配合，用于實現撤銷功能
迭代器模式	可以將命令對象封裝為迭代器，實現對命令集合的遍歷
組合模式	命令模式可以嵌套使用，形成復雜的操作序列

總結

今天我們詳細學習了命令模式（Command Pattern）。通過將請求封裝為對象，命令模式實現了請求的解耦，提高了系統的靈活性和可維護性。我們在Java中通過完整的代碼示例展示了該模式的實現方式，并結合任務調度系統的實際案例進行了分析。

命令模式體現了面向對象設計中的單一職責原則（SRP）和開閉原則（OCP），因為每個命令類只關注自己的業務邏輯，且可以通過擴展命令類來滿足新需求。

在接下來的Day 15中，我們將進入**解釋器模式（Interpreter Pattern）**的學習，探索如何為語言或表達式定義文法并解析其含義。敬請期待！

文章標簽

design-patterns, java, command-pattern, software-design, object-oriented-programming

文章簡述

本文深入講解了“設計模式精講”系列的第14天——命令模式（Command Pattern）。文章從理論出發，介紹了命令模式的核心思想、結構組成和適用場景，并通過完整的Java代碼示例展示了其基本實現方式。我們還通過一個任務調度系統的實際案例，說明了命令模式在真實項目中的應用價值。此外，文章還對比了命令模式與其他相關設計模式的關系，并分析了其優缺點。通過對命令模式的全面講解，讀者可以更好地理解如何在實際開發中利用這一模式提高系統的靈活性和可維護性。