.NET中的设计模式四:命令模式
命令模式(Command)结构并不复杂,简单的说,就是将某些职责封装成对象,对象的激发者(Invoker)和接收者(Reciever)都不过问命令的执行过程。用这样的方式解除了激发者和接受者之间的耦合,为程序提供了更清晰的层次结构。实际运用中经常是将系统中的命令抽象成一个接口,所有的命令都是这个接口的实现,如下所示:
Command类是ICommand的实现,Command类实现了execute方法,其他命令类都是Command方法的子类。这样激发者接受者和接受者面临的环境就非常简单了:统一作为Command类型就可以处理了。
最简单的命令模式的实现代码如下:
///定义Command接口 public interface ICommand { void execute(); }
///实现ICommand接口 ///Command类是所有命令的基类,在这里实现一些命令的共同处理过程 public abstract class Command : ICommand { public virtual void execute() { } //实现其他的方法.... }
///实现一个具体的Command1 public class Command1 : Command { public void override execute() { //具体的处理过程 } }
///实现一个具体的Command2 public class Command2 : Command { public void override execute() { //具体的处理过程 } }
///实现一个具体的Command3 public class Command3 : Command { public void override execute() { //具体的处理过程 } } |
命令模式的实际应用
下面从一个系统实例看一看命令模式的应用。ReportingService是一个报表系统的一部分,是一个运行在Windows系统上的Service程序,所需要完成的功能是:每天晚上11点到凌晨2点,将数据库中的大批量的数据生成数百张报表。报表的分布较为复杂,有的要求在Web服务器上发布报表,有的要求将报表数据输出成一个文本文件,还有的要将报表保存在数据库系统中。
系统的设计运用了命令模式,其中的一部分结构如下:
程序中定义了ICommand接口,实现了多个Command类(这里只画出3个表示示例),分别执行各个报表的生成任务。Command类提供了下列接口:
分类 | 名称 | 类型 | 说明 |
属性 | finished | bool | 表示任务是否已经进行完毕 |
属性 | context | IApplicationContext | 任务执行需要的环境和资源,包括数据库连接、文件系统等等 |
方法 | execute | void | 执行任务 |
Service的主线程每天定时将系统运行环境进行初始化,建立一个ApplicationContext类的实例(Application是一个Singlton模式的类,图中没有体现),这个类中保存了Command运行需要使用的全部资源。然后初始化一个Command对象列表,逐个执行每一个Command。这样一来,复杂的业务逻辑就从程序的主框架中分离开了,Service的主线程所需要做的全部工作就是协调资源的分配和异常的处理,还可以不断检查命令执行的状态,看看finished属性是否为真。如果执行完以后发现某些命令执行不成功,要做相应的处理。
程序采用了单元测试的开发方式,在对程序主线程进行测试的时候,使用了一个虚拟的Command实现。测试每一个Command类的时候则为每个Command实现了虚拟的ApplicationContext。这样的结构为单元测试提供了很多便利。关于提高程序的可测试性可以参见我的另一篇文章:怎样测试代码中难测试的部分。
命令模式和其他模式的结合
为了给Command的建立提供一个整洁简单的方式,Command模式经常和工厂模式(Factory)结合使用,采用一个工厂对Command对象的建立进行管理,减少命令激发者与命令对象之间的耦合程度。
在窗体程序中,Command模式还经常与组合模式(Composition)结合使用。可以在初始化窗体的时候,将画面上的菜单项、工具栏、按钮等控件与相应的Command进行组合,这样在控件点击时,调用对应的Command,即可实现对命令的处理。
在《程序员》杂志本年第10月期介绍了一个利用Command模式实现程序中Undo功能的文章。程序中为每个Command定义了“执行”和“撤销”两种操作,如下:
图中的Action就是Commamnd对象,只是名称不同,意义是一样的。Action对象存在do和undo方法,分别是“执行”和“撤销”方法。可以将执行完毕的Action对象的done属性设置为true,再将其保存在一个列表中——ActionList。在ActionList中找到最后一个done属性为true的Action,执行其undo方法,即可实现“撤销”的操作。
命令类的序列化
如果将Command基类及其每一个子类都进行序列化,可以实现更多的强大的功能。程序执行过程中,如果发生异常,比如网络发生中断、文件丢失等异常,可以将没有执行完毕的Command序列化保存下来。等待可以执行的时候再将这些对象重新加载,命令可以继续执行。甚至用户已经重新启动了计算机,命令也可以继续执行。Command对象的序列化也为分布式的操作提供了便利。在网络环境中,可以在某处建立一个Command对象,将其序列化后传输到网络上另一台计算机上进行执行。这种情况下不要忘记异常类的序列化,如果自己定义了Exception的子类,也要将其进行序列化,以便在网络环境中捕捉和处理Command执行时发生的异常。Microsoft网站上有一篇文章介绍.NET中对象的序列化,详细的介绍了对象序列化的概念。
参考文献
《实用J2EE设计模式编程指南》 (美)Graig A.Berry John Carnell Matjaz B.Juric 邱仲潘