设计模式之 Command - 命令模式

Command（CoR）模式也叫命令模式，是由GoF提出的23种软件设计模式的一种。本文介绍设计模式中的（Command）模式的概念，用法，并用Command模式给出了一个简单的execute/undo实现。

Command模式的概念

Command模式是行为模式之一，Command模式通过被称为Command的类封装了对目标对象的调用行为以及调用参数。

Command模式的应用场景

在面向对象的程序设计中，一个对象调用另一个对象，一般情况下的调用过程是：创建目标对象实例；设置调用参数；调用目标对象的方法。
但在有些情况下有必要使用一个专门的类对这种调用过程加以封装，我们把这种专门的类称作command类。
- 整个调用过程比较繁杂，或者存在多处这种调用。这时，使用Command类对该调用加以封装，便于功能的再利用。
- 调用前后需要对调用参数进行某些处理。
- 调用前后需要进行某些额外处理，比如日志，缓存，记录历史操作等。


一般来说，Command模式通常可应用到以下场景：
Multi-level undo（多级undo操作）
如果系统需要实现多级回退操作，这时如果所有用户的操作都以command对象的形式实现，系统可以简单地用stack来保存最近执行的命令，如果用户需要执行undo操作，系统只需简单地popup一个最近的command对象然后执行它的undo()方法既可。
Transactional behavior（原子事务行为）
借助command模式，可以简单地实现一个具有原子事务的行为。当一个事务失败时，往往需要回退到执行前的状态，可以借助command对象保存这种状态，简单地处理回退操作。
Progress bars（状态条）
假如系统需要按顺序执行一系列的命令操作，如果每个command对象都提供一个getEstimatedDuration()方法，那么系统可以简单地评估执行状态并显示出合适的状态条。
Wizards（导航）
通常一个使用多个wizard页面来共同完成一个简单动作。一个自然的方法是使用一个command对象来封装wizard过程，该command对象在第一个wizard页面显示时被创建，每个wizard页面接收用户输入并设置到该command对象中，当最后一个wizard页面用户按下 “Finish”按钮时，可以简单地触发一个事件调用execute()方法执行整个动作。通过这种方法，command类不包含任何跟用户界面有关的代码，可以分离用户界面与具体的处理逻辑。
GUI buttons and menu items（GUI按钮与菜单条等等）
Swing系统里，用户可以通过工具条按钮，菜单按钮执行命令，可以用command对象来封装命令的执行。
Thread pools（线程池）
通常一个典型的线程池实现类可能有一个名为addTask()的public方法，用来添加一项工作任务到任务队列中。该任务队列中的所有任务可以用command对象来封装，通常这些command对象会实现一个通用的接口比如java.lang.Runnable。
Macro recording（宏纪录）
可以用command对象来封装用户的一个操作，这样系统可以简单地通过队列保存一系列的command对象的状态就可以记录用户的连续操作。这样通过执行队列中的command对象，就可以完成“Play back”操作了。
Networking
通过网络发送command命令到其他机器上运行。
Parallel Processing（并发处理）
当一个调用共享某个资源并被多个线程并发处理时。

等等

Command模式的结构

Command
    Command抽象类。
ConcreteCommand
    Command的具体实现类。
Receiver
    需要被调用的目标对象。
Invorker
    通过Invorker执行Command对象。
Client
    调用方。

Command模式的应用范例

下面，我们使用Command模式实现一个简单的execute/undo操作。
在该范例中，我们有一个简单的操作：对字符串做append操作，这个操作由Receiver类实现；另外，我们需要记录操作历史，并能简单加以回退（undo），所以我们采用Command模式实现。
文件一览：
Client
    测试类
Command
    Command抽象类
UndoableCommand
    支持undo操作的Command抽象类，该类是Command类的子类
ConcreteCommand
    具体的UndoableCommand实现类，该类继承UndoableCommand类，所以支持undo操作
CommandManager
    Command管理类。该类使用Stack来管理执行过的Command对象，并提供executeCommand()与undoCommand()方法
Receiver
    执行任务的目标类
Invoker
    这个类在我们的例里没有被用到，但我们仍给出了它的一个参考实现，不过用注释表示它不可用

代码：

import java.util.Stack;

public class Client {

    /**
     * Test Command Pattern
     *
     */
    public static void main(String[] args) {
        CommandManager commandMgr = new CommandManager();
        
        Receiver receiver = new Receiver();

        System.out.println("--- execute command ---");
        Command commandAaa = new ConcreteCommand(receiver, "aaa");
        commandMgr.executeCommand(commandAaa);
        
        Command commandBbb = new ConcreteCommand(receiver, "bbb");
        commandMgr.executeCommand(commandBbb);
        
        Command commandCcc = new ConcreteCommand(receiver, "ccc");
        commandMgr.executeCommand(commandCcc);
        
        Command commandDdd = new ConcreteCommand(receiver, "ddd");
        commandMgr.executeCommand(commandDdd);
        
        System.out.println(receiver.getData());
        
        System.out.println("-- undo ---");
        commandMgr.undoCommand();
        commandMgr.undoCommand();
        System.out.println(receiver.getData());
    }
}


/**
* Command
* abstract command class
*
*/
abstract class Command {
    protected Receiver receiver;

    protected String param;

    public Command(Receiver receiver, String expr) {
        this.receiver = receiver;
        this.param = expr;
    }

    abstract public void execute();
}

/**
* UndoableCommand
* abstract undo supportable command class which extends from Command class
*
*/
abstract class UndoableCommand extends Command {

    public UndoableCommand(Receiver receiver, String expr) {
        super(receiver, expr);
    }

    abstract public void undo();
}


/**
* ConcreteCommand
* concrete command class which extends from UndoableCommand
*
*/
class ConcreteCommand extends UndoableCommand {
    private String previousData = null;

    public ConcreteCommand(Receiver receiver, String expr) {
        super(receiver, expr);
    }

    @Override
    public void execute() {
        previousData = receiver.getData();
        receiver.append(this.param);
    }

    @Override
    public void undo() {
        receiver.setData(previousData);
    }
}


/**
* CommandManager
* Command Manager class which stack the exe
*
*/
class CommandManager {
    private Stack commandStack = new Stack();

    public void executeCommand(Command cmd) {
        cmd.execute();
        if (cmd instanceof UndoableCommand) {
            commandStack.push(cmd);
        }
    }

    public void undoCommand() {
        if (commandStack.size() > 0) {
            UndoableCommand cmd = (UndoableCommand) commandStack.pop();
            cmd.undo();
        } else {
            throw new UnsupportedOperationException("");
        }
    }
}


/**
* Receiver
* target object
*
*/
class Receiver {
    private String data = "";

    public void append(String expr) {
        data += expr;
    }

    public String getData() {
        return data;
    }

    public void setData(String data) {
        this.data = data;
    }
}

/**

class Invoker {
    private Command command;

    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }

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

*/

执行Client，输出结果：

C:\Command>javac *.java
C:\Command>java Client
--- execute command ---
aaabbbcccddd
-- undo ---
aaabbb
C:\Command>

我们可以看到，使用Command模式非常简单地就实现了undo操作。