Java Tip: 实现Command模式

关注

原创最新推荐文章于 2026-11-09 15:40:33 发布 2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

工程师职级胜任力框架一、前言尽管这些年国内的IT行业发展迅速，但是仍然欠缺一套比较综合性的面向工程师的职级胜任力框架，造成国内很多工程师大都一心只想成为技术大牛，而忽视了自己全方位的工程师职业素养和能力的培养。最近我有幸读到了Circle CI公司分享的工程胜任力矩阵，发现这份文档就是一份比较贴合互联网研发型企业的工程师职级胜任力框架，于是我在它的基础上，重新整理出了一份更适合国内工程师阅读的《工程师职级胜任力框架》，并把它分享在波波的github站点上，希望这份文档对工程师的职业开发和成长有帮助。注，Circle CI. 阅读详情

Java Tip: 实现Command模式

概述
有时需要向对象发送请求，但是不知道 "被请求的操作" 或 "请求的接受者" 的任何信息。在面向过程的程序设计语言中，这类通信是通过回调函数来完成的：在某个地方登记这个函数，然后在后面调用它。在面向对象程序中，command(命令)与回调函数等价，它封装了回调函数。本文演示如何在Java中实现Command模式。

---------------------------------------------------------------------------

设计模式不但可以加速面向对象工程的设计进度，而且可以提高开发小组的产出以及软件的质量。Commad模式是一种对象行为模式，它可以对发送者(sender)和接收者(receiver)完全解耦(decoupling)。（"发送者" 是请求操作的对象，"接收者" 是接收请求并执行某操作的对象。有了 "解耦"，发送者对接收者的接口一无所知。）这里，"请求"(request)这个术语指的是要被执行的命令。Command模式还让我们可以对 "何时" 以及 "如何" 完成请求进行改变。因此，Command模式为我们提供了灵活性和可扩展性。

在象C这样的程序设计语言中，函数指针常被用来消除庞大的switch语句。(参见 "Java Tip 30: Polymorphism and Java" 获得更详细的介绍)Java没有函数指针，所以我们可以用Command模式来实现回调函数。在下面的第一个代码示例TestCommand.java中，你将实际看到它是如何实现的。

一些开发者在其它语言中已经习惯于使用函数指针，因而他们往往禁不起诱惑，想以同样的方法使用Reflection API的Method对象。例如，在 "Java Reflection" 一文中，Paul Tremblett介绍了如何使用Reflection而不是switch语句来实现事务处理(Transaction) (参见 "相关资源" 获得Tremblett的文章和Sun的Reflection教程网址的链接)。我是不会为这样的诱惑所动的。正如Sun所指出的：在有其它更贴近于Java程序设计语言的工具满足使用要求的情况下，一般不提倡使用Reflect API。不使用Method对象，程序会更易于调试和维护。所以，你应该定义一个接口，并在类中实现它，以执行所需操作。

因此我建议，可以使用Command模式并结合Java的动态加载和绑定机制来实现函数指针。(关于Java的动态加载和绑定机制的详细介绍，参见Gosling和Henry McGilton的"The Java Language Environment -- A White Paper"，列于"相关资源"。)

遵循上面的建议，我们可以运用Command模式，利用它所提供的多态性来消除庞大的switch语句，从而设计出可扩展的系统。我们还可以利用Java独有的动态加载和绑定机制来构筑动态的、并且可以动态扩展的系统。这一点在下面第二个代码示例TestTransactionCommand.java中进行说明。

Command模式使请求本身成为一个对象。这个对象和其它对象一样可以被存储和四处传递。这种模式的关键在于一个Command接口：它声明了一个接口，用于执行操作。最简单的形式下，这个接口包含一个抽象的execute操作。每个具体的Command类把接收者作为一个实例变量进行存储，从而指定了一对 "接收者" 和 "行为"。它为execute()方法提供不同的实现以进行请求调用。接收者知道如何执行请求。

如下的图1表示了Switch--一个Command对象的集合体(aggregation)。它的接口中有flipUp()和flipDown()两种操作。Switch被称为 "调用者"(invoker)，因为它调用command接口中的execute操作。

具体的command，如LightOnCommand，实现command接口的execute操作。它知道去调用合适的接收者对象的操作。这种情况下它充当了一个适配器(adapter)。通过 "适配器"这一术语，我想说明：具体的Command对象是一个简单的连接器，它连接具有不同接口的 "调用者" 和 "接收者"。

客户实例化调用者，接收者以及具体的command对象。

图2为时序图，它表示对象间的相互作用。它说明了Command如何对调用者和接收者(以及它执行的请求)解耦。客户用合适的接收者作为构造函数的参数来创建具体的command。然后，它将Command保存在调用者中。调用者回调具体的command，后者知道如何完成想要的Action()操作。

客户(代码中的主程序)创建具体的Command对象并设置它的接收者。作为一个调用者对象，Switch保存具体的Command对象。调用者通过对Command对象调用execute来发送请求。具体的Command对象对它的接收者进行操作调用，从而完成操作请求。

这里最关键的思想在于，具体的command用调用者来注册自身，调用者进行回调，在接收者身上执行命令。

Command模式示例代码
让我们来看一个简单的例子，它通过Command模式实现回调机制。

以Fan(风扇)和Light(灯)为例。我们的目标是设计一个Switch，它可以对任一个对象进行 "开" 和 "关" 的操作。Fan和Light具有不同的接口，这意味着Switch必须独立于接收者接口，或者说，它不清楚接收者的接口。为了解决这一问题，每个Switch都需要合适的command作为参数。很明显，连接到Light的Switch和连接到Fan的Switch具有不同的command。因此，Command类必须是抽象的，或者是个接口。

Switch的构造函数被调用时，它以一组合适的command作为参数。command作为Switch的私有变量保存下来。

调用flipUp()和flipDown()操作时，它们只是简单地让合适的command进行execute()操作。Switch对调用execute()后将发生些什么一无所知。

TestCommand.java
class Fan {
        public void startRotate() {
                System.out.println("Fan is rotating");
        }
        public void stopRotate() {
                System.out.println("Fan is not rotating");
        }
}
class Light {
        public void turnOn( ) {
                System.out.println("Light is on ");
        }
        public void turnOff( ) {
                System.out.println("Light is off");
        }
}
class Switch {
        private Command UpCommand, DownCommand;
        public Switch( Command Up, Command Down) {
                UpCommand = Up; // concrete Command registers itself with the invoker
                DownCommand = Down;
        }
        void flipUp( ) { // invoker calls back concrete Command, which executes the Command on the receiver
                        UpCommand . execute ( ) ;

        }
        void flipDown( ) {
                        DownCommand . execute ( );
        }
}
class LightOnCommand implements Command {
        private Light myLight;
        public LightOnCommand ( Light L) {
                myLight = L;
        }
        public void execute( ) {
                myLight . turnOn( );
        }
}
class LightOffCommand implements Command {
        private Light myLight;
        public LightOffCommand ( Light L) {
                myLight = L;
        }
        public void execute( ) {
                myLight . turnOff( );
        }
}
class FanOnCommand implements Command {
        private Fan myFan;
        public FanOnCommand ( Fan F) {
                myFan = F;
        }
        public void execute( ) {
                myFan . startRotate( );
        }
}
class FanOffCommand implements Command {
        private Fan myFan;

        public FanOffCommand ( Fan F) {
                myFan = F;
        }
        public void execute( ) {
                myFan . stopRotate( );
        }
}
public class TestCommand {
                public static void main(String[] args) {
                        Light testLight = new Light( );
                        LightOnCommand testLOC = new LightOnCommand(testLight);
                        LightOffCommand testLFC = new LightOffCommand(testLight);
                        Switch testSwitch = new Switch(testLOC,testLFC);
                        testSwitch.flipUp( );
                        testSwitch.flipDown( );
                        Fan testFan = new Fan( );
                        FanOnCommand foc = new FanOnCommand(testFan);
                        FanOffCommand ffc = new FanOffCommand(testFan);
                        Switch ts = new Switch( foc,ffc);
                        ts.flipUp( );
                        ts.flipDown( );
                }
}

Command.java
public interface Command {
public abstract void execute ( );
}

在上面的示例代码中，Command模式将 "调用操作的对象" (Switch)和 "知道如何执行操作的对象" (Light和Fan)完全分离开来。这带来了很大的灵活性：发送请求的对象只需要知道如何发送；它不必知道如何完成请求。

Command模式实现Transaction
Command模式也被称为action(动作)模式或transaction(事务)模式。假设有一个服务器，它接收并处理客户通过TCP/IP socket连接发送的transaction。这些transaction包含一个命令，后跟零个或多个参数。

一些设计者可能会使用switch语句，每个command对应一个case。在一个面向对象工程的设计中，代码中如果使用switch语句，往往表示这是一个糟糕的设计。Command模式展现的是支持transaction的面向对象的方法，它可以用于解决这类设计问题。

在TestTransactionCommand.java程序的客户代码中，所有请求都被封装在通用的TransactionCommand对象中。TransactionCommand对象由客户创建并用CommandManager进行登记。等待的请求可以通过调用runCommands()在不同时期被执行，这带来了很大的灵活性。而且我们还可以将多个command组装成一个复合command。示例代码中还有CommandArgument，CommandReceiver，CommandManager这些类，以及TransactionCommand的子类--AddCommand和SubtractCommand。下面是对这些类的介绍。

· CommandArgument是一个helper类，它保存命令的参数。如果是大量(或可变数量)的任何类型的参数，它可以被重写，以简化参数的传递工作。

· CommandReceiver实现所有的命令处理方法(command-processing method)，它用Singleton模式来实现。

· CommandManager是调用者，和前面例子中的Switch相当。它在其私有myCommand变量中保存通用TransactionCommand对象。runCommands()被调用时，它调用合适的TransactionCommand对象的execute()。

Java中，可以根据一个包含类名的字符串查找类的定义。在TransactionCommand类的execute ()操作中，我先计算出类名，然后将它链接到运行系统中--也就是说，类是根据需要被即时载入的。这里所采用的命名方式是，在命令名后连接一个 "Command" 字符串作为transaction command子类名，这样它就可以被动态载入。

注意，newInstance()返回的Class对象必须被转换为合适的类型。这意味着新的类要么必须实现一个接口，要么继承一个在编译期就为程序所知道的现有的类。本例中我们是实现Command接口，所以不存在问题。
file://TestTransactionCommand.java
import java.util.*;

final class CommandReceiver {
private int[] c;

private CommandArgument a;

private CommandReceiver(){

c = new int[2];

     }
     private static CommandReceiver cr = new CommandReceiver();
     public static CommandReceiver getHandle() {
return cr;

}
public void setCommandArgument(CommandArgument a) {
this.a = a;

}
public void methAdd() {
c = a.getArguments();

System.out.println("The result is " + (c[0]+c[1]));

}
public void methSubtract() {
c = a.getArguments();

System.out.println("The result is " + (c[0]-c[1]));

     }
}
class CommandManager {
   private Command myCommand;
   public CommandManager(Command myCommand) {

this.myCommand = myCommand ;

}
public void runCommands( ) {

myCommand.execute();

}
}

class TransactionCommand implements Command {
private CommandReceiver commandreceiver;

private Vector commandnamelist,commandargumentlist;

private String commandname;

private CommandArgument commandargument;

private Command command;
public TransactionCommand () {
this(null,null);

}
public TransactionCommand ( Vector commandnamelist, Vector
commandargumentlist){

this.commandnamelist = commandnamelist;

this.commandargumentlist = commandargumentlist;

commandreceiver = CommandReceiver.getHandle();

}
public void execute( ) {
for (int i = 0; i < commandnamelist.size(); i++) {
commandname = (String)(commandnamelist.get(i));

commandargument = (CommandArgument)((commandargumentlist.get(i)));

commandreceiver.setCommandArgument(commandargument);

String classname = commandname + "Command";
try {

Class cls = Class.forName(classname);

command = (Command) cls.newInstance();

}

catch (Throwable e) {

System.err.println(e);

}

command.execute();

}

}
}
class AddCommand extends TransactionCommand {

private CommandReceiver cr;
public AddCommand () {

cr = CommandReceiver.getHandle();

}
public void execute( ) {

cr.methAdd();

}

}
class SubtractCommand extends TransactionCommand {

private CommandReceiver cr;
public SubtractCommand () {

cr = CommandReceiver.getHandle();

}
public void execute( ) {

cr.methSubtract();

}

class CommandArgument {

private int[] args;
CommandArgument() {

args = new int[2];

}

public int[] getArguments() {
return args;

}

public void setArgument(int i1, int i2) {

args[0] = i1; args[1] = i2;

}

}
public class TestTransactionCommand {

private Vector clist,alist;
public TestTransactionCommand() {
clist = new Vector();

alist = new Vector();

}
public void clearBuffer(Vector c, Vector a) {
clist.removeAll(c);

alist.removeAll(a);

}
public Vector getClist() {
return clist;

}
public Vector getAlist() {
return alist;

}
public static void main(String[] args) {

       CommandArgument ca,ca2;
     TestTransactionCommand t = new TestTransactionCommand();
     ca = new CommandArgument();

ca.setArgument(2,8);

Vector myclist = t.getClist();

Vector myalist = t.getAlist();

myclist.addElement("Add"); myalist.addElement(ca);
TransactionCommand tc = new TransactionCommand(myclist,myalist);

CommandManager cm = new CommandManager(tc);

cm.runCommands();
t.clearBuffer(myclist,myalist);

ca2 = new CommandArgument();

ca2.setArgument(5,7);

myclist = t.getClist();

myalist = t.getAlist();

myclist.addElement("Subtract"); myalist.addElement(ca2);

myclist.addElement("Add"); myalist.addElement(ca2);
TransactionCommand tc2 = new TransactionCommand(myclist,myalist);

CommandManager cm2 = new CommandManager(tc2);

                    cm2.runCommands();
   }
}

命令及其参数保存在列表中，并被封装成通用TransactionCommand对象。通用TransactionCommand用CommandManager来注册。任何时候，命令可以在CommandManager类中通过调用runCommands()接口来执行。

客户代码不依赖于任何具体的TransactionCommand子类，也就是说，我的设计是针对接口而不是实现。这带来了灵活性：要想增加一个新的命令，只需要定义一个新的TransactionCommand子类，并在CommandReceiver类中提供新的命令处理方法的实现。仅此而已。

结论
Command模式具有以下优点：

1. command将 "进行操作请求" 的对象和 "知道如何执行操作" 的对象分离开来(即，解耦)。

2. command是个很棒的对象。它可以象任何其它对象一样被使用和继承。

3. 多个command可以被组装成一个复合command。

4. 很容易增加新的command，因为不需要修改现有的类。

如果执行过的命令序列被保存在一个历史列表中，就可以遍历这个列表来提供undo和redo操作。要想实现这一功能，必须在Command接口中有一个unexecute()操作。这一练习留给读者自己去完成。

---------------------------------------------------------------------------

相关资源
· Design Patterns by Gamma, Helm, Johnson, Vlissides, Addison-Wesley, 1994, ISBN 0-201-63361-2 http://www.bookbuyer.com/cgi-bin/getTitle.cgi?ISBN=0201633612

· Dr. Dobb's Journal, January 1998: "Java Reflection: Not just for tool developers," by Paul Tremblett http://www.ddj.com/articles/1998/9801/9801c/9801c.htm

· Sun's Reflection page
http://java.sun.com/docs/books/tutorial/reflect/index.html

· "The Java Language Environment -- A White Paper" (May 1996), by James Gosling and Henry McGilton covers details about Java's dynamic loading and binding mechanism
http://java.sun.com/docs/white/langenv/
For more on taking advantage of Java's unique feature of dynamic loading and binding mechanism to build a dynamic and dynamically-extensible system, see
http://java.sun.com/docs/white/langenv/