设计模式21 -- 命令模式

命令模式是一种行为型设计模式，其核心思想是将 “请求” 封装成一个独立的 “命令对象”，该对象包含执行请求所需的所有信息（如请求的接收者、执行参数等），从而实现 “请求的发送者” 与 “请求的接收者” 解耦 —— 发送者无需知道接收者的具体实现，只需调用命令对象的执行方法即可。

该模式的本质是 “封装请求为对象” ，通过命令对象作为中间载体，支持请求的存储、排队、撤销（Undo）、重做（Redo）等高级功能，同时让发送者和接收者完全独立。

UML结构如下

命令模式的典型应用场景如下：

需要解耦请求发送者与接收者：
- GUI 界面操作：如按钮（调用者）、菜单（调用者）触发 “打开窗口”“保存文件”（命令），窗口 / 文件处理器（接收者）执行实际操作，按钮无需知道窗口如何打开。
- 遥控器控制：如电视遥控器（调用者）的 “开机”“换台” 按钮（命令），电视（接收者）执行对应操作，遥控器无需知道电视的内部电路逻辑。
需要支持命令的撤销 / 重做：
- 文本编辑器：如 “输入文字”“删除文字” 命令，可通过 undo() 撤销上一步操作，通过 redo() 重做已撤销的操作。
- 绘图软件：如 “画直线”“画圆形” 命令，支持撤销最近绘制的图形。
需要批量处理或排队执行命令：
- 任务调度系统：如定时任务（命令）被加入任务队列（调用者维护的命令列表），到时间后批量执行所有任务。
- 数据库事务：如一组 SQL 操作（命令）被封装成事务，要么全部执行（execute()），要么全部回滚（undo()）。

下面我将用 Java 代码实现命令模式，以文件操作（打开和关闭文件）为例，展示命令模式的具体应用。

Command（抽象命令接口）：
- 定义了命令的统一接口，包含执行命令的execute()方法和撤销命令的undo()方法
- 是所有具体命令的抽象父类

// 抽象命令接口
public interface Command {
    // 执行命令
    void execute();
    
    // 撤销命令
    void undo();
}

具体命令类（OpenFileCommand 和 CloseFileCommand）：
- 实现了 Command 接口，持有对命令接收者（FileReceiver）的引用
- 在execute()方法中调用接收者的相应方法来完成实际操作
- 在undo()方法中调用接收者的撤销方法来恢复到操作前的状态

// 具体命令：打开文件
public class OpenFileCommand implements Command {
    // 持有命令接收者引用
    private FileReceiver fileReceiver;
    
    // 构造器注入接收者
    public OpenFileCommand(FileReceiver fileReceiver) {
        this.fileReceiver = fileReceiver;
    }
    
    // 执行命令：调用接收者的打开文件方法
    @Override
    public void execute() {
        fileReceiver.openFile();
    }
    
    // 撤销命令：调用接收者的撤销打开方法
    @Override
    public void undo() {
        fileReceiver.undoOpenFile();
    }
}

// 具体命令：关闭文件
public class CloseFileCommand implements Command {
    // 持有命令接收者引用
    private FileReceiver fileReceiver;
    
    // 构造器注入接收者
    public CloseFileCommand(FileReceiver fileReceiver) {
        this.fileReceiver = fileReceiver;
    }
    
    // 执行命令：调用接收者的关闭文件方法
    @Override
    public void execute() {
        fileReceiver.closeFile();
    }
    
    // 撤销命令：调用接收者的撤销关闭方法
    @Override
    public void undo() {
        fileReceiver.undoCloseFile();
    }
}

FileReceiver（命令接收者）：
- 是实际执行命令的对象，包含打开文件、关闭文件及对应的撤销方法
- 维护文件的状态（是否打开），用于支持撤销操作

// 命令接收者：文件处理器（实际执行文件操作）
public class FileReceiver {
    private String fileName;
    // 记录文件当前状态，用于撤销操作
    private boolean isOpen;
    
    public FileReceiver(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
        this.isOpen = false;
    }
    
    // 实际业务方法：打开文件
    public void openFile() {
        if (!isOpen) {
            System.out.println("打开文件：" + fileName);
            isOpen = true;
        } else {
            System.out.println("文件 " + fileName + " 已经处于打开状态");
        }
    }
    
    // 实际业务方法：关闭文件
    public void closeFile() {
        if (isOpen) {
            System.out.println("关闭文件：" + fileName);
            isOpen = false;
        } else {
            System.out.println("文件 " + fileName + " 已经处于关闭状态");
        }
    }
    
    // 撤销打开：对应关闭文件
    public void undoOpenFile() {
        if (isOpen) {
            System.out.println("撤销打开文件：" + fileName);
            closeFile();
        }
    }
    
    // 撤销关闭：对应打开文件
    public void undoCloseFile() {
        if (!isOpen) {
            System.out.println("撤销关闭文件：" + fileName);
            openFile();
        }
    }
}

ButtonInvoker（命令调用者）：
- 持有命令对象的引用，提供setCommand()方法设置要执行的命令
- 通过click()方法触发命令的执行，通过clickUndo()方法触发命令的撤销
- 不直接与接收者交互，完全依赖命令对象完成操作

// 命令调用者：操作按钮（触发命令执行）
public class ButtonInvoker {
    // 持有当前命令引用
    private Command command;
    
    // 设置要执行的命令
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    
    // 触发命令：点击按钮时执行命令
    public void click() {
        if (command != null) {
            command.execute();
        }
    }
    
    // 触发撤销：点击撤销按钮时执行undo
    public void clickUndo() {
        if (command != null) {
            command.undo();
        }
    }
}

Client（客户端）：
- 负责创建接收者、具体命令和调用者对象
- 将接收者注入具体命令，将具体命令注入调用者，完成命令模式的组装
- 触发命令的执行和撤销，测试整个模式的工作流程

// 客户端：测试命令模式
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建命令接收者：文件处理器
        FileReceiver fileReceiver = new FileReceiver("example.txt");
        
        // 2. 创建具体命令，并绑定接收者
        Command openCommand = new OpenFileCommand(fileReceiver);
        Command closeCommand = new CloseFileCommand(fileReceiver);
        
        // 3. 创建命令调用者：按钮
        ButtonInvoker button = new ButtonInvoker();
        
        // 4. 测试打开文件命令
        System.out.println("=== 测试打开文件 ===");
        button.setCommand(openCommand);
        button.click();      // 执行打开命令
        button.clickUndo();  // 撤销打开命令
        
        // 5. 测试关闭文件命令
        System.out.println("\n=== 测试关闭文件 ===");
        button.setCommand(closeCommand);
        button.click();      // 先打开文件（通过撤销关闭实现）
        button.click();      // 执行关闭命令
        button.clickUndo();  // 撤销关闭命令
    }
}

上述代码执行流程如下：

客户端创建接收者对象，它知道如何执行具体的业务操作
客户端创建具体命令对象，并将接收者对象注入到命令中
客户端将具体命令对象设置到调用者中
当调用者触发命令（如按钮被点击）时，调用者调用命令的execute()方法
命令的execute()方法调用接收者的相应方法，完成实际操作
若需要撤销操作，调用者调用命令的undo()方法，命令会调用接收者的撤销方法

这种设计模式的优势在于：

实现了请求发送者（调用者）和接收者之间的解耦
支持命令的撤销和重做操作
可以很容易地添加新的命令，符合开闭原则
便于实现命令的排队执行、日志记录等高级功能