【行为型模式十七】命令模式-2(Command)

3.5 队列请求##

所谓队列请求,就是对命令对象进行排队,组成工作队列,然后依次取出命令对象来执行。多用多线程或者线程池来进行命令队列的处理,当然也可以不用多线程,就是一个线程,一个命令一个命令的循环处理,就是慢点。

继续宏命令的例子,其实在后厨,会收到很多很多的菜单,一般是按照菜单传递到后厨的先后顺序来进行处理,对每张菜单,假定也是按照菜品的先后顺序进行制作,那么在后厨就自然形成了一个菜品的队列,也就是很多个用户的命令对象的队列。

后厨有很多厨师,每个厨师都从这个命令队列里面取出一个命令,然后按照命令做出菜来,就相当于多个线程在同时处理一个队列请求。

因此后厨就是一个很典型的队列请求的例子。

提示一点:后厨的厨师与命令队列之间是没有任何关联的,也就是说是完全解耦的。命令队列是客户发出的命令,厨师只是负责从队列里面取出一个,处理,然后再取下一个,再处理,仅此而已,厨师不知道也不管客户是谁。

  1. 如何实现命令模式的队列请求

(1)先从命令接口开始,除了execute方法外,新加了一个返回发出命令的桌号,就是点菜的桌号,还有一个是为命令对象设置接收者的方法,也把它添加到接口上,这个是为了后面多线程处理的时候方便使用。示例代码如下:

/** 
 * 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();  
    /** 
     * 设置命令的接收者 
     * @param cookApi 命令的接收者  
     */  
    public void setCookApi(CookApi cookApi);  
    /** 
     * 返回发起请求的桌号,就是点菜的桌号 
     * @return 发起请求的桌号 
     */  
    public int getTableNum();  
}

(2)厨师的接口也发生了一点变化,在cook的方法上添加了发出命令的桌号,这样在多线程输出信息的时候,才知道到底是在给哪个桌做菜,示例代码如下:

/** 
 * 厨师的接口 
 */  
public interface CookApi {  
    /** 
     * 示意,做菜的方法 
     * @param tableNum 点菜的桌号 
     * @param name 菜名 
     */  
    public void cook(int tableNum,String name);  
}  

** (3)开始来实现命令接口,为了简单,这次只有热菜,因为要做工作都在后厨的命令队列里面,因此凉菜就不要了,示例代码如下:**

/** 
 * 命令对象,绿豆排骨煲 
 */  
public class ChopCommand implements Command{  
    /** 
     * 持有具体做菜的厨师的对象 
     */  
    private CookApi cookApi = null;  
    /** 
     * 设置具体做菜的厨师的对象 
     * @param cookApi 具体做菜的厨师的对象 
     */  
    public void setCookApi(CookApi cookApi) {  
        this.cookApi = cookApi;  
    }  
    /** 
     * 点菜的桌号 
     */  
    private int tableNum;  
    /** 
     * 构造方法,传入点菜的桌号 
     * @param tableNum 点菜的桌号 
     */  
    public ChopCommand(int tableNum){  
        this.tableNum = tableNum;  
    }  
    public int getTableNum(){  
        return this.tableNum;  
    }  
    public void execute() {  
        this.cookApi.cook(tableNum,"绿豆排骨煲");  
    }  
}  

(4)接下来构建很重要的命令对象的队列,其实也不是有多难,多个命令对象嘛,用个集合来存储就好了,然后按照放入的顺序,先进先出即可。

/** 
 * 命令队列类 
 */  
public class CommandQueue {  
    /** 
     * 用来存储命令对象的队列 
     */  
    private static List<Command> cmds = new ArrayList<Command>();  
    /** 
     * 服务员传过来一个新的菜单,需要同步, 
     * 因为同时会有很多的服务员传入菜单,而同时又有很多厨师在从队列里取值 
     * @param menu 传入的菜单 
     */  
    public synchronized static void addMenu(MenuCommand menu){  
        //一个菜单对象包含很多命令对象  
        for(Command cmd : menu.getCommands()){  
            cmds.add(cmd);  
        }  
    }  
    /** 
     * 厨师从命令队列里面获取命令对象进行处理,也是需要同步的 
     */  
    public synchronized static Command getOneCommand(){  
        Command cmd = null;  
        if(cmds.size() > 0 ){  
            //取出队列的第一个,因为是约定的按照加入的先后来处理  
            cmd = cmds.get(0);  
            //同时从队列里面取掉这个命令对象  
            cmds.remove(0);  
        }  
        return cmd;  
    }  
}  

提示:这里并没有考虑一些复杂的情况,比如:如果命令队列里面没有命令,而厨师又来获取命令怎么办?这里只是做一个基本的示范,并不是完整的实现,所以这里就没有去处理这些问题了,当然出现这种问题,就需要使用wait/notify来进行线程调度了

(5)有了命令队列,谁来向这个队列里面传入命令呢?

很明显是服务员,当客户点菜完成,服务员就会执行菜单,现在执行菜单就相当于把菜单直接传递给后厨,也就是要把菜单里的所有命令对象加入到命令队列里面。因此菜单对象的实现需要改变,示例代码如下:

/** 
 * 菜单对象,是个宏命令对象 
 */  
public class MenuCommand implements Command {  
    /** 
     * 用来记录组合本菜单的多道菜品,也就是多个命令对象 
     */  
    private Collection<Command> col = new ArrayList<Command>();  
    /** 
     * 点菜,把菜品加入到菜单中 
     * @param cmd 客户点的菜 
     */  
    public void addCommand(Command cmd){  
        col.add(cmd);  
    }  
    public void setCookApi(CookApi cookApi){  
        //什么都不用做  
    }  
    public int getTableNum(){  
        //什么都不用做  
        return 0;  
    }  
    /** 
     * 获取菜单中的多个命令对象 
     * @return 菜单中的多个命令对象 
     */  
    public Collection<Command> getCommands(){  
        return this.col;  
    }     
 
    public void execute() {  
        //执行菜单就是把菜单传递给后厨  
        CommandQueue.addMenu(this);  
    }  
}  

(6)现在有了命令队列,也有人负责向队列里面添加命令了,可是谁来执行命令队列里面的命令呢?

答案是:由厨师从命令队列里面获取命令,并真正处理命令,而且厨师在处理命令前会把自己设置到命令对象里面去当接收者,表示这个菜由我来实际做。

厨师对象的实现,大致有如下的改变:

为了更好的体现命令队列的用法,再说实际情况也是多个厨师,这里用多线程来模拟多个厨师,他们自己从命令队列里面获取命令,然后处理命令,然后再获取下一个,如此反复,因此厨师类要实现多线程接口。

还有一个改变,为了在多线程中输出信息,让我们知道是哪一个厨师在执行命令,给厨师添加了一个姓名的属性,通过构造方法传入。

另外一个改变是为了在多线程中看出效果,在厨师真正做菜的方法里面使用随机数模拟了一个做菜的时间。

好了,介绍完了改变的地方,一起看看代码吧,示例代码如下:

/** 
 * 厨师对象,做热菜的厨师 
 */  
public class HotCook implements CookApi,Runnable{  
    /** 
     * 厨师姓名 
     */  
    private String name;  
    /** 
     * 构造方法,传入厨师姓名 
     * @param name 厨师姓名 
     */  
    public HotCook(String name){  
        this.name = name;  
    }     
    public void cook(int tableNum,String name) {  
        //每次做菜的时间是不一定的,用个随机数来模拟一下  
        int cookTime = (int)(20 * Math.random());  
        System.out.println(this.name+"厨师正在为"+tableNum+"号桌做:"+name);  
        try {  
            //让线程休息这么长时间,表示正在做菜  
            Thread.sleep(cookTime);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println(this.name+"厨师为"+tableNum+"号桌做好了:"+name+",共计耗时="+cookTime+"秒");  
    }  
    public void run() {  
        while(true){  
            //到命令队列里面获取命令对象  
            Command cmd = CommandQueue.getOneCommand();  
            if(cmd != null){  
                //说明取到命令对象了,这个命令对象还没有设置接收者  
                //因为前面都还不知道到底哪一个厨师来真正执行这个命令  
                //现在知道了,就是当前厨师实例,设置到命令对象里面  
                cmd.setCookApi(this);  
                //然后真正执行这个命令  
                cmd.execute();  
            }  
            //休息1秒  
            try {  
                Thread.sleep(1000L);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }  
} 

(7)该来看看服务员类了,由于现在考虑了后厨的管理,因此从实际来看,这次服务员也不知道到底命令的真正接收者是谁了,也就是说服务员也不知道某个菜到底最后由哪一位厨师完成,所以服务员类就简单了。

组装命令对象和接收者的功能后移到厨师类的线程里面了,当某个厨师从命令队列里面获取一个命令对象的时候,这个厨师就是这个命令的真正接收者。

/** 
 * 服务员,负责组合菜单,还负责执行调用 
 */  
public class Waiter {  
    /** 
     * 持有一个宏命令对象——菜单 
     */  
    private MenuCommand menuCommand = new MenuCommand();  
    /** 
     * 客户点菜 
     * @param cmd 客户点的菜,每道菜是一个命令对象 
     */  
    public void orderDish(Command cmd){  
        //添加到菜单中  
        menuCommand.addCommand(cmd);  
    }  
    /** 
     * 客户点菜完毕,表示要执行命令了,这里就是执行菜单这个组合命令 
     */  
    public void orderOver(){  
        this.menuCommand.execute();  
    }  
}  

(8)在见到曙光之前,还有一个问题要解决,就是谁来启动多线程的厨师呢?

为了实现后厨的管理,为此专门定义一个后厨管理的类,在这个类里面去启动多个厨师的线程。而且这种启动在运行期间应该只有一次。示例代码如下:

/** 
 * 后厨的管理类,通过此类让后厨的厨师进行运行状态 
 */  
public class CookManager {  
    /** 
     * 用来控制是否需要创建厨师,如果已经创建过了就不要再执行了 
     */  
    private static boolean runFlag = false;  
    /** 
     * 运行厨师管理,创建厨师对象并启动他们相应的线程, 
     * 无论运行多少次,创建厨师对象和启动线程的工作就只做一次 
     */  
    public static void runCookManager(){  
        if(!runFlag){  
            runFlag = true;  
            //创建三位厨师  
            HotCook cook1 = new HotCook("张三");  
            HotCook cook2 = new HotCook("李四");  
            HotCook cook3 = new HotCook("王五");  
 
            //启动他们的线程  
            Thread t1 = new Thread(cook1);  
            t1.start();  
            Thread t2 = new Thread(cook2);  
            t2.start();  
            Thread t3 = new Thread(cook3);  
            t3.start();  
        }  
    }  
}  

(9)曙光来临了,写个客户端测试测试,示例代码如下:

public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        //先要启动后台,让整个程序运行起来  
        CookManager.runCookManager();  
          
        //为了简单,直接用循环模拟多个桌号点菜  
        for(int i = 0;i<5;i++){  
            //创建服务员  
            Waiter waiter = new Waiter();  
            //创建命令对象,就是要点的菜  
            Command chop = new ChopCommand(i);  
            Command duck = new DuckCommand(i);  
 
            //点菜,就是把这些菜让服务员记录下来  
            waiter.orderDish(chop);  
            waiter.orderDish(duck);  
 
            //点菜完毕  
            waiter.orderOver();  
        }         
    }  
} 

(10)运行一下,看看效果,可能每次运行的效果不一样,毕竟是使用多线程在处理请求队列,某次运行的结果如下:

Paste_Image.png

好好观察上面的数据,在多线程环境下,虽然保障了命令对象取出的顺序是先进先出,但是究竟是哪一个厨师来做,还有具体做多长时间都是不定的

3.7 命令模式的优缺点##

  1. 更松散的耦合

命令模式使得发起命令的对象——客户端,和具体实现命令的对象——接收者对象完全解耦,也就是说发起命令的对象,完全不知道具体实现对象是谁,也不知道如何实现。

  1. 更动态的控制

命令模式把请求封装起来,可以动态对它进行参数化、队列化和日志化等操作,从而使得系统更灵活。

  1. 能很自然的复合命令

命令模式中的命令对象,能够很容易的组合成为复合命令,就是前面讲的宏命令,从而使系统操作更简单,功能更强大。

  1. 更好的扩展性

由于发起命令的对象和具体的实现完全解耦,因此扩展新的命令就很容易,只需要实现新的命令对象,然后在装配的时候,把具体的实现对象设置到命令对象里面,然后就可以使用这个命令对象,已有的实现完全不用变化。

3.8 思考命令模式##

  1. 命令模式的本质

命令模式的本质:封装请求。

前面讲了,命令模式的关键就是把请求封装成为命令对象,然后就可以对这个对象进行一系列的处理了,比如上面讲到的参数化配置、可撤销操作、宏命令、队列请求、日志请求等功能处理。

  1. 何时选用命令模式

建议在如下情况中,选用命令模式:

如果需要抽象出需要执行的动作,并参数化这些对象,可以选用命令模式,把这些需要执行的动作抽象成为命令,然后实现命令的参数化配置

如果需要在不同的时刻指定、排列和执行请求,可以选用命令模式,把这些请求封装成为命令对象,然后实现把请求队列化

如果需要支持取消操作,可以选用命令模式,通过管理命令对象,能很容易的实现命令的恢复和重做的功能

如果需要支持当系统崩溃时,能把对系统的操作功能重新执行一遍,可以选用命令模式,把这些操作功能的请求封装成命令对象,然后实现日志命令,就可以在系统恢复回来后,通过日志获取命令列表,从而重新执行一遍功能

在需要事务的系统中,可以选用命令模式,命令模式提供了对事务进行建模的方法,命令模式有一个别名就是Transaction。

3.9 退化的命令模式##

在领会了命令模式本质后,来思考一个命令模式退化的情况。

前面讲到了智能命令,如果命令的实现对象超级智能,实现了命令所要求的功能,那么就不需要接收者了,既然没有了接收者,那么也就不需要组装者了

  1. 举个最简单的示例来说明

比如现在要实现一个打印服务,由于非常简单,所以基本上就没有什么讲述,依次来看,命令接口定义如下:

public interface Command {  
    public void execute();  
}  

命令的实现示例代码如下:

public class PrintService implements Command{  
    /** 
     * 要输出的内容 
     */  
    private String str = "";  
    /** 
     * 构造方法,传入要输出的内容 
     * @param s 要输出的内容 
     */  
    public PrintService(String s){  
        str = s;  
    }  
    public void execute() {  
        //智能的体现,自己知道怎么实现命令所要求的功能,并真的实现了相应的功能,不再转调接收者了  
        System.out.println("打印的内容为="+str);  
    }  
}  

此时的Invoker示例代码如下:

public class Invoker {  
    /** 
     * 持有命令对象 
     */  
    private Command cmd = null;  
    /** 
     * 设置命令对象 
     * @param cmd 命令对象 
     */  
    public void setCmd(Command cmd){  
        this.cmd = cmd;  
    }  
    /** 
     * 开始打印 
     */  
    public void startPrint(){  
        //执行命令的功能  
        this.cmd.execute();  
    }  
}  

最后看看客户端的代码,示例如下:

public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        //准备要发出的命令  
        Command cmd = new PrintService("退化的命令模式示例");  
        //设置命令给持有者  
        Invoker invoker = new Invoker();  
        invoker.setCmd(cmd);      
 
        //按下按钮,真正启动执行命令  
        invoker.startPrint();  
    }  
}  

测试结果如下:

打印的内容为=退化的命令模式示例
  1. 继续变化

如果此时继续变化,Invoker也开始变得智能化,在Invoker的startPrint方法里面,Invoker加入了一些实现,同时Invoker对持有命令也有意见,觉得自己是个傀儡,要求改变一下,直接在调用方法的时候传递命令对象进来,示例代码如下:

public class Invoker {  
    public void startPrint(Command cmd){      
        System.out.println("在Invoker中,输出服务前");  
        cmd.execute();  
        System.out.println("输出服务结束");  
    }  
}  

看起来Invoker退化成一个方法了。

这个时候Invoker很高兴,宣称自己是一个智能的服务,不再是一个傻傻的转调者,而是有自己功能的服务了。这个时候Invoker调用命令对象的执行方法,也不叫转调,改名叫“回调”,意思是在我Invoker需要的时候,会回调你命令对象,命令对象你就乖乖的写好实现,等我“回调”你就可以了

事实上这个时候的命令模式的实现,基本上就等同于Java回调机制的实现,可能有些朋友看起来感觉还不是佷像,那是因为在Java回调机制的常见实现上,经常没有单独的接口实现类,而是采用匿名内部类的方式来实现的

  1. 再进一步

把单独实现命令接口的类改成用匿名内部类实现,这个时候就只剩下命令的接口、Invoker类,还有客户端了

为了使用匿名内部类,还要设置要输出的值,对命令接口做点小改动,增加一个设置输出值的方法,示例代码如下:

public interface Command {  
    public void execute();  
    /** 
     * 设置要输出的内容 
     * @param s 要输出的内容 
     */  
    public void setStr(String s);  
}  

此时Invoker就是上面那个,而客户端会有些改变,客户端的示例代码如下:

public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        //准备要发出的命令,没有具体实现类了  
        //匿名内部类来实现命令   
        Command cmd = new Command() {  
            private String str = "";  
            public void setStr(String s) {  
                str = s;  
            }  
            public void execute() {  
                System.out.println("打印的内容为="+str);  
            }  
        };
        cmd.setStr("退化的命令模式类似于Java回调的示例");        
        //这个时候的Invoker或许该称为服务了  
        Invoker invoker = new Invoker();  
        //按下按钮,真正启动执行命令  
        invoker.startPrint(cmd);  
    }  
}  

运行测试一下,结果如下:

在Invoker中,输出服务前  
打印的内容为=退化的命令模式类似于Java回调的示例  
输出服务结束  
  1. 现在是不是看出来了,这个时候的命令模式的实现,基本上就等同于Java回调机制的实现。这也是很多人大谈特谈命令模式可以实现Java回调的意思。

当然更狠的是连Invoker也不要了,直接把那个方法搬到Client中,那样测试起来就更方便了。在实际开发中,应用命令模式来实现回调机制的时候,Invoker通常还是有的,但可以智能化实现,更准确的说Invoker充当客户调用的服务实现,而回调的方法只是实现服务功能中的一个或者几个步骤。

3.10 相关模式##

  • 命令模式和组合模式

这两个模式可以组合使用。

在命令模式中,实现宏命令的功能,就可以使用组合模式来实现。前面的示例并没有按照组合模式来做,那是为了保持示例的简单,还有突出命令模式的实现,这点请注意。

  • 命令模式和备忘录模式

这两个模式可以组合使用。

在命令模式中,实现可撤销操作功能时,前面讲了有两种实现方式,其中有一种就是保存命令执行前的状态,撤销的时候就把状态恢复回去。如果采用这种方式实现,就可以考虑使用备忘录模式。

如果状态存储在命令对象里面,那么还可以使用原型模式,把命令对象当作原型来克隆一个新的对象,然后把克隆出来的对象通过备忘录模式存放。

  • 命令模式和模板方法模式

这两个模式从某种意义上有相似的功能,命令模式可以作为模板方法的一种替代模式,也就是说命令模式可以模仿实现模板方法模式的功能

如同前面讲述的退化的命令模式可以实现Java的回调,而Invoker智能化后向服务进化,如果Invoker的方法就是一个算法骨架,其中有两步在这个骨架里面没有具体实现,需要外部来实现,这个时候就可以通过回调命令接口来实现。

而类似的功能在模板方法里面,一个算法骨架,其中有两步在这个骨架里面没有具体实现,是先调用抽象方法,然后等待子类来实现。

可以看出虽然实现方式不一样,但是可以实现相同的功能。

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