研磨设计模式之 命令模式-1
命令模式也是开发中常见的一个模式,也不是太难,比较简单,下面来详细的写一下命令模式。
命令模式(Command)
1 场景问题
1.1 如何开机
估计有些朋友看到这个标题会非常奇怪，电脑装配好了，如何开机？不就是按下启动按钮就可以了吗？难道还有什么玄机不成。
对于使用电脑的客户——就是我们来说，开机确实很简单，按下启动按钮，然后耐心等待就可以了。但是当我们按下启动按钮过后呢？谁来处理？如何处理？都经历了怎样的过程，才让电脑真正的启动起来，供我们使用。
先一起来简单的认识一下电脑的启动过程，了解一下即可。
- 当我们按下启动按钮，电源开始向主板和其它设备供电
- 主板的系统BIOS（基本输入输出系统）开始加电后自检
- 主板的BIOS会依次去寻找显卡等其它设备的BIOS，并让它们自检或者初始化
- 开始检测CPU、内存、硬盘、光驱、串口、并口、软驱、即插即用设备等等
- BIOS更新ESCD（扩展系统配置数据），ESCD是BIOS和操作系统交换硬件配置数据的一种手段
- 等前面的事情都完成后，BIOS才按照用户的配置进行系统引导，进入操作系统里面，等到操作系统装载并初始化完毕，就出现我们熟悉的系统登录界面了。
1.2 与我何干
讲了一通电脑启动的过程，有些朋友会想，这与我何干呢？
没错，看起来这些硬件知识跟你没有什么大的关系，但是，如果现在提出一个要求：请你用软件把上面的过程表现出来，你该如何实现？
首先把上面的过程总结一下，主要就这么几个步骤：首先加载电源，然后是设备检查，再然后是装载系统，最后电脑就正常启动了。可是谁来完成这些过程？如何完成？
不能让使用电脑的客户——就是我们来做这些工作吧，真正完成这些工作的是主板，那么客户和主板如何发生联系呢？现实中，是用连接线把按钮连接到主板上的，这样当客户按下按钮的时候，就相当于发命令给主板，让主板去完成后续的工作。
另外，从客户的角度来看，开机就是按下按钮，不管什么样的主板都是一样的，也就是说，客户只管发出命令，谁接收命令，谁实现命令，如何实现，客户是不关心的。
1.3 有何问题
把上面的问题抽象描述一下：客户端只是想要发出命令或者请求，不关心请求的真正接收者是谁，也不关心具体如何实现，而且同一个请求的动作可以有不同的请求内容，当然具体的处理功能也不一样，请问该怎么实现？
2 解决方案
2.1 命令模式来解决
用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是命令模式。那么什么是命令模式呢？
（1）命令模式定义
将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。
（2）应用命令模式来解决的思路
首先来看看实际电脑的解决方案
先画个图来描述一下，看看实际的电脑是如何处理上面描述的这个问题的，如图1所示：
图1 电脑操作示意图
当客户按下按钮的时候，按钮本身并不知道如何处理，于是通过连接线来请求主板，让主板去完成真正启动机器的功能。
这里为了描述它们之间的关系，把主板画到了机箱的外面。如果连接线连接到不同的主板，那么真正执行按钮请求的主板也就不同了，而客户是不知道这些变化的。
通过引入按钮和连接线，来让发出命令的客户和命令的真正实现者——主板完全解耦，客户操作的始终是按钮，按钮后面的事情客户就统统不管了。
要用程序来解决上面提出的问题，一种自然的方案就是来模拟上述解决思路。
在命令模式中，会定义一个命令的接口，用来约束所有的命令对象，然后提供具体的命令实现，每个命令实现对象是对客户端某个请求的封装，对应于机箱上的按钮，一个机箱上可以有很多按钮，也就相当于会有多个具体的命令实现对象。
在命令模式中，命令对象并不知道如何处理命令，会有相应的接收者对象来真正执行命令。就像电脑的例子，机箱上的按钮并不知道如何处理功能，而是把这个请求转发给主板，由主板来执行真正的功能，这个主板就相当于命令模式的接收者。
在命令模式中，命令对象和接收者对象的关系，并不是与生俱来的，需要有一个装配的过程，命令模式中的Client对象就来实现这样的功能。这就相当于在电脑的例子中，有了机箱上的按钮，也有了主板，还需要有一个连接线把这个按钮连接到主板上才行。
命令模式还会提供一个Invoker对象来持有命令对象，就像电脑的例子，机箱上会有多个按钮，这个机箱就相当于命令模式的Invoker对象。这样一来，命令模式的客户端就可以通过Invoker来触发并要求执行相应的命令了，这也相当于真正的客户是按下机箱上的按钮来操作电脑一样。
2.2 模式结构和说明
命令模式的结构如图2所示：
图2 命令模式结构图
Command：
定义命令的接口，声明执行的方法。
ConcreteCommand：
命令接口实现对象，是“虚”的实现；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
Receiver：
接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。
Invoker：
要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。
Client：
创建具体的命令对象，并且设置命令对象的接收者。注意这个不是我们常规意义上的客户端，而是在组装命令对象和接收者，或许，把这个Client称为装配者会更好理解，因为真正使用命令的客户端是从Invoker来触发执行。
2.3 命令模式示例代码
（1）先来看看命令接口的定义，示例代码如下：
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/** * 命令接口，声明执行的操作 */ public interface Command { /** * 执行命令对应的操作 */ public void execute(); } |
（2）再来看看具体的命令实现对象，示例代码如下：
/** * 具体的命令实现对象 */ public class ConcreteCommand implements Command { /** * 持有相应的接收者对象 */ private Receiver receiver = null; /** * 示意，命令对象可以有自己的状态 */ private String state; /** * 构造方法，传入相应的接收者对象 * @param receiver 相应的接收者对象 */ public ConcreteCommand(Receiver receiver){ this.receiver = receiver; } public void execute() { //通常会转调接收者对象的相应方法，让接收者来真正执行功能 receiver.action(); } } |
（3）再来看看接收者对象的实现示意，示例代码如下：
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/** * 接收者对象 */ public class Receiver { /** * 示意方法，真正执行命令相应的操作 */ public void action(){ //真正执行命令操作的功能代码 } } |
（4）接下来看看Invoker对象，示例代码如下：
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/** * 调用者 */ public class Invoker { /** * 持有命令对象 */ private Command command = null; /** * 设置调用者持有的命令对象 * @param command 命令对象 */ public void setCommand(Command command) { this.command = command; } /** * 示意方法，要求命令执行请求 */ public void runCommand() { //调用命令对象的执行方法 command.execute(); } } |
（5）再来看看Client的实现，注意这个不是我们通常意义上的测试客户端，主要功能是要创建命令对象并设定它的接收者，因此这里并没有调用执行的代码，示例代码如下：
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public class Client { /** * 示意，负责创建命令对象，并设定它的接收者 */ public void assemble(){ //创建接收者 Receiver receiver = new Receiver(); //创建命令对象，设定它的接收者 Command command = new ConcreteCommand(receiver); //创建Invoker，把命令对象设置进去 Invoker invoker = new Invoker(); invoker.setCommand(command); } } |
2.4 使用命令模式来实现示例
要使用命令模式来实现示例，需要先把命令模式中所涉及的各个部分，在实际的示例中对应出来，然后才能按照命令模式的结构来设计和实现程序。根据前面描述的解决思路，大致对应如下：
- 机箱上的按钮就相当于是命令对象
- 机箱相当于是Invoker
- 主板相当于接收者对象
- 命令对象持有一个接收者对象，就相当于是给机箱的按钮连上了一根连接线
- 当机箱上的按钮被按下的时候，机箱就把这个命令通过连接线发送出去。
主板类才是真正实现开机功能的地方，是真正执行命令的地方，也就是“接收者”。命令的实现对象，其实是个“虚”的实现，就如同那根连接线，它哪知道如何实现啊，还不就是把命令传递给连接线连到的主板。
使用命令模式来实现示例的结构如图3所示：
图3 使用命令模式来实现示例的结构示意图
还是来看看示例代码，会比较清楚。
（1）定义主板
根据前面的描述，我们会发现，真正执行客户命令或请求的是主板，也只有主板才知道如何去实现客户的命令，因此先来抽象主板，把它用对象描述出来。
先来定义主板的接口，最起码主板会有一个能开机的方法，示例代码如下：
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/** * 主板的接口 */ public interface MainBoardApi { /** * 主板具有能开机的功能 */ public void open(); } |
定义了接口，那就接着定义实现类吧，定义两个主板的实现类，一个是技嘉主板，一个是微星主板，现在的实现是一样的，但是不同的主板对同一个命令的操作可以是不同的，这点大家要注意。由于两个实现基本一样，就示例一个，示例代码如下：
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/** * 技嘉主板类，开机命令的真正实现者，在Command模式中充当Receiver */ public class GigaMainBoard implements MainBoardApi{ /** * 真正的开机命令的实现 */ public void open(){ System.out.println("技嘉主板现在正在开机，请等候"); System.out.println("接通电源......"); System.out.println("设备检查......"); System.out.println("装载系统......"); System.out.println("机器正常运转起来......"); System.out.println("机器已经正常打开，请操作"); } } |
微星主板的实现和这个完全一样，只是把技嘉改名成微星了。
（2）定义命令接口和命令的实现
对于客户来说，开机就是按下按钮，别的什么都不想做。把用户的这个动作抽象一下，就相当于客户发出了一个命令或者请求，其它的客户就不关心了。为描述客户的命令，现定义出一个命令的接口，里面只有一个方法，那就是执行，示例代码如下：
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/** * 命令接口，声明执行的操作 */ public interface Command { /** * 执行命令对应的操作 */ public void execute(); } |
有了命令的接口，再来定义一个具体的实现，其实就是模拟现实中机箱上按钮的功能，因为我们按下的是按钮，但是按钮本身是不知道如何启动电脑的，它需要把这个命令转给主板，让主板去真正执行开机功能。示例代码如下：
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/** * 开机命令的实现，实现Command接口， * 持有开机命令的真正实现，通过调用接收者的方法来实现命令 */ public class OpenCommand implements Command{ /** * 持有真正实现命令的接收者——主板对象 */ private MainBoardApi mainBoard = null; /** * 构造方法，传入主板对象 * @param mainBoard 主板对象 */ public OpenCommand(MainBoardApi mainBoard) { this.mainBoard = mainBoard; }
public void execute() { //对于命令对象，根本不知道如何开机，会转调主板对象 //让主板去完成开机的功能 this.mainBoard.open(); } } |
由于客户不想直接和主板打交道，而且客户根本不知道具体的主板是什么，客户只是希望按下启动按钮，电脑就正常启动了，就这么简单。就算换了主板，客户还是一样的按下启动按钮就可以了。
换句话说就是：客户想要和主板完全解耦，怎么办呢？
这就需要在客户和主板之间建立一个中间对象了，客户发出的命令传递给这个中间对象，然后由这个中间对象去找真正的执行者——主板，来完成工作。
很显然，这个中间对象就是上面的命令实现对象，请注意：这个实现其实是个虚的实现，真正的实现是主板完成的，在这个虚的实现里面，是通过转调主板的功能来实现的，主板对象实例，是从外面传进来的。
（3）提供机箱
客户需要操作按钮，按钮是放置在机箱之上的，所以需要把机箱也定义出来，示例代码如下：
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/** * 机箱对象，本身有按钮，持有按钮对应的命令对象 */ public class Box { /** * 开机命令对象 */ private Command openCommand; /** * 设置开机命令对象 * @param command 开机命令对象 */ public void setOpenCommand(Command command){ this.openCommand = command; } /** * 提供给客户使用，接收并响应用户请求，相当于按钮被按下触发的方法 */ public void openButtonPressed(){ //按下按钮，执行命令 openCommand.execute(); } } |
（4）客户使用按钮
抽象好了机箱和主板，命令对象也准备好了，客户想要使用按钮来完成开机的功能，在使用之前，客户的第一件事情就应该是把按钮和主板组装起来，形成一个完整的机器。
在实际生活中，是由装机工程师来完成这部分工作，这里为了测试简单，直接写在客户端开头了。机器组装好过后，客户应该把与主板连接好的按钮对象放置到机箱上，等待客户随时操作。把这个过程也用代码描述出来，示例代码如下：
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public class Client { public static void main(String[] args) { //1：把命令和真正的实现组合起来，相当于在组装机器， //把机箱上按钮的连接线插接到主板上。 MainBoardApi mainBoard = new GigaMainBoard(); OpenCommand openCommand = new OpenCommand(mainBoard); //2：为机箱上的按钮设置对应的命令，让按钮知道该干什么 Box box = new Box(); box.setOpenCommand(openCommand);
//3：然后模拟按下机箱上的按钮 box.openButtonPressed(); } } |
运行一下，看看效果，输出如下：
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技嘉主板现在正在开机，请等候 接通电源...... 设备检查...... 装载系统...... 机器正常运转起来...... 机器已经正常打开，请操作 |
你可以给命令对象组装不同的主板实现类，然后再次测试，看看效果。
事实上，你会发现，如果对象结构已经组装好了过后，对于真正的客户端，也就是真实的用户而言，任务就是面对机箱，按下机箱上的按钮，就可以执行开机的命令了，实际生活中也是这样的。
（5）小结
如同前面的示例，把客户的开机请求封装成为一个OpenCommand对象，客户的开机操作就变成了执行OpenCommand对象的方法了？如果还有其它的命令对象，比如让机器重启的ResetCommand对象；那么客户按下按钮的动作，就可以用这不同的命令对象去匹配，也就是对客户进行参数化。
用大白话描述就是：客户按下一个按钮，到底是开机还是重启，那要看参数化配置的是哪一个具体的按钮对象，如果参数化的是开机的命令对象，那就执行开机的功能，如果参数化的是重启的命令对象，那就执行重启的功能。虽然按下的是同一个按钮，但是请求是不同的，对应执行的功能也就不同了。
在模式讲解的时候会给大家一个参数化配置的示例，这里就不多讲了。至于对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作等功能，也放到模式讲解里面。
未完待续......
