设计模式：行为型15-命令模式

1. 基本概念

命令模式是一种行为型设计模式，其允许将请求封装成一个对象(命令对象，包含执行操作所需的所有信息)，并将命令对象按照一定的顺序存储在队列中，然后再逐一调用执行，这些命令也可以支持反向操作，进行撤销和重做。

这样一来，发送者只需要触发命令就可以完成操作，不需要知道接受者的具体操作，从而实现两者间的解耦。

举个现实中的应用场景，遥控器可以控制不同的设备，在命令模式中，可以假定每个按钮都是一个命令对象，包含执行特定操作的命令，不同设备对同一命令的具体操作也不同，这样就可以方便的添加设备和命令对象。

2. 基本结构

命令模式包含以下几个基本角色：

命令接口Command：接口或者抽象类，定义执行操作的接口。
具体命令类ConcreteCommand: 实现命令接口，执行具体操作，在调用execute方法时使“接收者对象”根据命令完成具体的任务，比如遥控器中的“开机”，“关机”命令。
接收者类Receiver: 接受并执行命令的对象，可以是任何对象，遥控器可以控制空调，也可以控制电视机，电视机和空调负责执行具体操作，是接收者。
调用者类Invoker: 发起请求的对象，有一个将命令作为参数传递的方法。它不关心命令的具体实现，只负责调用命令对象的 execute() 方法来传递请求，在本例中，控制遥控器的“人”就是调用者。
客户端：创建具体的命令对象和接收者对象，然后将它们组装起来。

3. 简易实现

定义执行操作的接口：包含一个execute方法。有的时候还会包括unExecute方法，表示撤销命令。

1
2
3

public interface Command {
    void execute();
}

实现命令接口，执行具体的操作。

public class ConcreteCommand implements Command {
    // 接收者对象
    private Receiver receiver;

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

    @Override
    public void execute() {
        // 调用接收者相应的操作
        receiver.action();
    }
}

定义接受者类，知道如何实施与执行一个请求相关的操作。

public class Receiver {
    public void action() {
        // 执行操作
    }
}

定义调用者类，调用命令对象执行请求。

public class Invoker {
    private Command command;

    public Invoker(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void executeCommand() {
        command.execute();
    }
}

调用者类中可以维护一个命令队列或者“撤销栈”，以支持批处理和撤销命令。

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

// 调用者类：命令队列和撤销请求
class Invoker {
    private Queue<Command> commandQueue; // 命令队列
    private Stack<Command> undoStack;    // 撤销栈

    public Invoker() {
        this.commandQueue = new LinkedList<>();
        this.undoStack = new Stack<>();
    }

    // 设置命令并执行
    public void setAndExecuteCommand(Command command) {
        command.execute();
        commandQueue.offer(command);
        undoStack.push(command);
    }

    // 撤销上一个命令
    public void undoLastCommand() {
        if (!undoStack.isEmpty()) {
            Command lastCommand = undoStack.pop();
            lastCommand.undo(); // 需要命令类实现 undo 方法
            commandQueue.remove(lastCommand);
        } else {
            System.out.println("No command to undo.");
        }
    }

    // 执行命令队列中的所有命令
    public void executeCommandsInQueue() {
        for (Command command : commandQueue) {
            command.execute();
        }
    }
}

客户端使用，创建具体的命令对象和接收者对象，然后进行组装。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Receiver receiver = new Receiver();
        Command command = new ConcreteCommand(receiver);
        Invoker invoker = new Invoker(command);

        invoker.executeCommand();
    }
}

4. 优缺点和使用场景

命令模式在需要将请求封装成对象、支持撤销和重做、设计命令队列等情况下，都是一个有效的设计模式。

撤销操作： 需要支持撤销操作，命令模式可以存储历史命令，轻松实现撤销功能。
队列请求： 命令模式可以将请求排队，形成一个命令队列，依次执行命令。
可扩展性： 可以很容易地添加新的命令类和接收者类，而不影响现有的代码。新增命令不需要修改现有代码，符合开闭原则。

但是对于每个命令，都会有一个具体命令类，这可能导致类的数量急剧增加，增加了系统的复杂性。

命令模式同样有着很多现实场景的应用，比如Git中的很多操作，如提交（commit）、合并（merge）等，都可以看作是命令模式的应用，用户通过执行相应的命令来操作版本库。Java的GUI编程中，很多事件处理机制也都使用了命令模式。例如，每个按钮都有一个关联的 Action，它代表一个命令，按钮的点击触发 Action 的执行。