深入理解設計模式：命令模式詳解

在軟件開發中，我們經常遇到需要將"請求"或"操作"封裝成對象的情況。比如，GUI中的按鈕點擊、遙控器控制家電、事務系統中的操作回滾等場景。命令模式（Command Pattern）正是為解決這類問題而生的設計模式。本文將全面剖析命令模式的原理、實現、應用場景以及實際案例，幫助開發者深入理解并靈活運用這一強大的設計模式。

一、命令模式概述

1.1 什么是命令模式

命令模式是一種行為設計模式，它將請求或操作封裝為一個獨立的對象，從而使你可以參數化客戶端與不同的請求，將請求排隊或記錄請求日志，以及支持可撤銷的操作。

簡單來說，命令模式把"要做什么"（命令內容）和"誰來做"（執行者）以及"什么時候做"（調用時機）分離開來，實現了請求的發出者和執行者之間的解耦。

1.2 為什么需要命令模式

在沒有使用命令模式的傳統設計中，通常會遇到以下問題：

緊耦合：請求發送者直接調用接收者的方法，兩者緊密耦合
難以擴展：新增操作需要修改現有代碼
不支持撤銷/重做：操作執行后難以回退
無法批量處理：難以將多個操作組合成一個復合操作

命令模式通過將請求封裝為對象，完美解決了上述問題。

1.3 命令模式的核心思想

命令模式的核心在于"將請求封裝為對象"，這個對象包含了執行操作所需的全部信息。這樣，請求可以被參數化、隊列化、日志化和撤銷化。

二、命令模式的結構

2.1 類圖結構

命令模式包含以下主要角色：

[Client] ---> [Invoker]|    ^v    |[Command] <--- [ConcreteCommand] ---> [Receiver]

2.2 角色說明

Command（命令接口）：
- 聲明執行操作的接口
- 通常包含execute()和undo()方法
ConcreteCommand（具體命令）：
- 實現Command接口
- 綁定一個接收者對象和一組動作
- 實現execute()方法，調用接收者的相應操作
Invoker（調用者）：
- 負責調用命令對象執行請求
- 不直接知道如何執行操作，只通過命令接口與命令對象交互
Receiver（接收者）：
- 知道如何實施與執行請求相關的操作
- 實際執行命令的具體操作
Client（客戶端）：
- 創建具體命令對象并設置其接收者
- 將命令對象交給調用者

2.3 交互流程

客戶端創建一個具體命令對象并指定其接收者
調用者對象存儲該具體命令對象
調用者通過調用命令對象的execute()方法發出請求
具體命令對象調用接收者的一個或多個操作來執行請求

三、命令模式的實現

3.1 基礎實現示例

讓我們通過一個智能家居控制系統的例子來演示命令模式的實現：

// Command接口
public interface Command {void execute();void undo();
}// Receiver - 電燈
public class Light {private String location;public Light(String location) {this.location = location;}public void on() {System.out.println(location + " light is on");}public void off() {System.out.println(location + " light is off");}
}// Receiver - 風扇
public class Fan {public void on() {System.out.println("Fan is on");}public void off() {System.out.println("Fan is off");}
}// ConcreteCommand - 開燈命令
public class LightOnCommand implements Command {private Light light;public LightOnCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.on();}@Overridepublic void undo() {light.off();}
}// ConcreteCommand - 開風扇命令
public class FanOnCommand implements Command {private Fan fan;public FanOnCommand(Fan fan) {this.fan = fan;}@Overridepublic void execute() {fan.on();}@Overridepublic void undo() {fan.off();}
}// Invoker - 遙控器
public class RemoteControl {private Command command;public void setCommand(Command command) {this.command = command;}public void pressButton() {command.execute();}public void pressUndo() {command.undo();}
}// Client
public class HomeAutomationDemo {public static void main(String[] args) {// 創建接收者Light livingRoomLight = new Light("Living Room");Fan ceilingFan = new Fan();// 創建命令Command lightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);Command fanOn = new FanOnCommand(ceilingFan);// 創建調用者RemoteControl remote = new RemoteControl();// 控制電燈remote.setCommand(lightOn);remote.pressButton();  // 開燈remote.pressUndo();    // 關燈// 控制風扇remote.setCommand(fanOn);remote.pressButton();  // 開風扇remote.pressUndo();    // 關風扇}
}

3.2 支持多命令的改進實現

上面的基礎實現每次只能存儲一個命令，我們可以改進遙控器，使其支持多個插槽和撤銷操作：

// 改進后的遙控器
public class AdvancedRemoteControl {private Command[] onCommands;private Command[] offCommands;private Command undoCommand;public AdvancedRemoteControl(int slots) {onCommands = new Command[slots];offCommands = new Command[slots];undoCommand = new NoCommand(); // 空對象模式// 初始化所有插槽為空命令Command noCommand = new NoCommand();for (int i = 0; i < slots; i++) {onCommands[i] = noCommand;offCommands[i] = noCommand;}}public void setCommand(int slot, Command onCommand, Command offCommand) {onCommands[slot] = onCommand;offCommands[slot] = offCommand;}public void onButtonPressed(int slot) {onCommands[slot].execute();undoCommand = onCommands[slot];}public void offButtonPressed(int slot) {offCommands[slot].execute();undoCommand = offCommands[slot];}public void undoButtonPressed() {undoCommand.undo();}
}// 空命令對象
public class NoCommand implements Command {@Overridepublic void execute() {}@Overridepublic void undo() {}
}

3.3 宏命令實現

命令模式還可以實現宏命令（Macro Command），即一組命令的組合：

// 宏命令
public class MacroCommand implements Command {private Command[] commands;public MacroCommand(Command[] commands) {this.commands = commands;}@Overridepublic void execute() {for (Command command : commands) {command.execute();}}@Overridepublic void undo() {// 逆序執行撤銷for (int i = commands.length - 1; i >= 0; i--) {commands[i].undo();}}
}// 使用宏命令
public class MacroCommandDemo {public static void main(String[] args) {Light light = new Light("Living Room");Fan fan = new Fan();Command lightOn = new LightOnCommand(light);Command fanOn = new FanOnCommand(fan);Command[] partyOn = {lightOn, fanOn};Command partyOnMacro = new MacroCommand(partyOn);RemoteControl remote = new RemoteControl();remote.setCommand(partyOnMacro);remote.pressButton(); // 同時開燈和開風扇}
}