深入理解设计模式：命令模式详解

在软件开发中，我们经常遇到需要将"请求"或"操作"封装成对象的情况。比如，GUI中的按钮点击、遥控器控制家电、事务系统中的操作回滚等场景。命令模式（Command Pattern）正是为解决这类问题而生的设计模式。本文将全面剖析命令模式的原理、实现、应用场景以及实际案例，帮助开发者深入理解并灵活运用这一强大的设计模式。

一、命令模式概述

1.1 什么是命令模式

命令模式是一种行为设计模式，它将请求或操作封装为一个独立的对象，从而使你可以参数化客户端与不同的请求，将请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

简单来说，命令模式把"要做什么"（命令内容）和"谁来做"（执行者）以及"什么时候做"（调用时机）分离开来，实现了请求的发出者和执行者之间的解耦。

1.2 为什么需要命令模式

在没有使用命令模式的传统设计中，通常会遇到以下问题：

紧耦合：请求发送者直接调用接收者的方法，两者紧密耦合
难以扩展：新增操作需要修改现有代码
不支持撤销/重做：操作执行后难以回退
无法批量处理：难以将多个操作组合成一个复合操作

命令模式通过将请求封装为对象，完美解决了上述问题。

1.3 命令模式的核心思想

命令模式的核心在于"将请求封装为对象"，这个对象包含了执行操作所需的全部信息。这样，请求可以被参数化、队列化、日志化和撤销化。

二、命令模式的结构

2.1 类图结构

命令模式包含以下主要角色：

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

2.2 角色说明

Command（命令接口）：
- 声明执行操作的接口
- 通常包含execute()和undo()方法
ConcreteCommand（具体命令）：
- 实现Command接口
- 绑定一个接收者对象和一组动作
- 实现execute()方法，调用接收者的相应操作
Invoker（调用者）：
- 负责调用命令对象执行请求
- 不直接知道如何执行操作，只通过命令接口与命令对象交互
Receiver（接收者）：
- 知道如何实施与执行请求相关的操作
- 实际执行命令的具体操作
Client（客户端）：
- 创建具体命令对象并设置其接收者
- 将命令对象交给调用者

2.3 交互流程

客户端创建一个具体命令对象并指定其接收者
调用者对象存储该具体命令对象
调用者通过调用命令对象的execute()方法发出请求
具体命令对象调用接收者的一个或多个操作来执行请求

三、命令模式的实现

3.1 基础实现示例

让我们通过一个智能家居控制系统的例子来演示命令模式的实现：

// Command接口
public interface Command {void execute();void undo();
}// Receiver - 电灯
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 - 风扇
public class Fan {public void on() {System.out.println("Fan is on");}public void off() {System.out.println("Fan is off");}
}// ConcreteCommand - 开灯命令
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 - 开风扇命令
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 - 遥控器
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) {// 创建接收者Light livingRoomLight = new Light("Living Room");Fan ceilingFan = new Fan();// 创建命令Command lightOn = new LightOnCommand(livingRoomLight);Command fanOn = new FanOnCommand(ceilingFan);// 创建调用者RemoteControl remote = new RemoteControl();// 控制电灯remote.setCommand(lightOn);remote.pressButton();  // 开灯remote.pressUndo();    // 关灯// 控制风扇remote.setCommand(fanOn);remote.pressButton();  // 开风扇remote.pressUndo();    // 关风扇}
}

3.2 支持多命令的改进实现

上面的基础实现每次只能存储一个命令，我们可以改进遥控器，使其支持多个插槽和撤销操作：

// 改进后的遥控器
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(); // 空对象模式// 初始化所有插槽为空命令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();}
}// 空命令对象
public class NoCommand implements Command {@Overridepublic void execute() {}@Overridepublic void undo() {}
}

3.3 宏命令实现

命令模式还可以实现宏命令（Macro Command），即一组命令的组合：

// 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() {// 逆序执行撤销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(); // 同时开灯和开风扇}
}