命令模式

引言

在软件交互中，当操作需要参数化处理（如支持撤销/重做）或解耦调用者与执行者时（如GUI按钮触发业务逻辑），直接调用会导致代码僵化。命令模式通过将请求封装为独立对象，实现"请求即对象"的范式，成为行为设计中的关键解耦器。

诞生背景

GoF在《设计模式》中提出命令模式，解决三大痛点：

• 调用者与执行者强耦合：按钮代码直接调用业务逻辑
• 请求不可扩展：难以支持撤销、队列、日志等操作
• 动态行为受限：无法实现宏命令（批量操作）

演进过程

• GoF基础（1994）：确立核心角色（Invoker、Command、Receiver）
• 事务系统演进：数据库事务管理（commit/rollback）
• 现代应用：
  • 前端Redux的Action-Command映射
  • 微服务的CQRS（命令查询职责分离）

核心概念

• 命令（Command）：封装请求的对象（含execute()方法）
• 调用者（Invoker）：触发命令执行（如按钮/菜单）
• 接收者（Receiver）：实际执行操作的对象
• 客户端（Client）：创建命令并绑定接收者

通用实现

Java 实现

// 接收者：实际执行操作
class Light {
    public void on() { System.out.println("Light ON"); }
    public void off() { System.out.println("Light OFF"); }
}

// 命令接口
interface Command {
    void execute();
}

// 具体命令
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;
    
    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }
    
    @Override
    public void execute() {
        light.on();
    }
}

// 调用者（遥控器按钮）
class RemoteControl {
    private Command command;
    
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    
    public void pressButton() {
        command.execute();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Light light = new Light();
        Command lightOn = new LightOnCommand(light);
        
        RemoteControl remote = new RemoteControl();
        remote.setCommand(lightOn);
        remote.pressButton(); // 输出: Light ON
    }
}

PHP 实现

// 接收者：文档编辑器
class Document {
    public function save(): void {
        echo "Document saved!\n";
    }
    
    public function copy(): void {
        echo "Content copied to clipboard\n";
    }
}

// 命令接口
interface Command {
    public function execute(): void;
}

// 具体命令
class SaveCommand implements Command {
    private Document $doc;
    
    public function __construct(Document $doc) {
        $this->doc = $doc;
    }
    
    public function execute(): void {
        $this->doc->save();
    }
}

// 调用者（工具栏按钮）
class ToolbarButton {
    private Command $command;
    
    public function setCommand(Command $command): void {
        $this->command = $command;
    }
    
    public function click(): void {
        $this->command->execute();
    }
}

// 客户端
$doc = new Document();
$saveCmd = new SaveCommand($doc);

$button = new ToolbarButton();
$button->setCommand($saveCmd);
$button->click(); // 输出: Document saved!

应用场景

• 操作队列：线程池任务调度
• 撤销/重做：编辑器历史记录
• GUI事件处理：按钮/菜单动作绑定
• 分布式事务：命令组合（如转账：扣款+入账）

案例：智能家居遥控器

Java 实现

// 宏命令（批量操作）
class MacroCommand implements Command {
    private List<Command> commands = new ArrayList<>();
    
    public void add(Command cmd) {
        commands.add(cmd);
    }
    
    @Override
    public void execute() {
        for (Command cmd : commands) {
            cmd.execute();
        }
    }
}

// 客户端使用
Light light = new Light();
TV tv = new TV(); // 假设TV类有on()方法

Command lightOn = new LightOnCommand(light);
Command tvOn = new TVOnCommand(tv); 

MacroCommand partyMode = new MacroCommand();
partyMode.add(lightOn);
partyMode.add(tvOn);

RemoteControl remote = new RemoteControl();
remote.setCommand(partyMode);
remote.pressButton(); // 同时打开灯和电视

PHP 实现

// 接收者：空调
class AirConditioner {
    public function on(): void { echo "AC ON\n"; }
    public function setTemp(int $temp): void { 
        echo "AC set to {$temp}°C\n"; 
    }
}

// 具体命令：设置温度
class SetTempCommand implements Command {
    private AirConditioner $ac;
    private int $temp;
    
    public function __construct(AirConditioner $ac, int $temp) {
        $this->ac = $ac;
        $this->temp = $temp;
    }
    
    public function execute(): void {
        $this->ac->setTemp($this->temp);
    }
}

// 客户端使用
$ac = new AirConditioner();
$acOnCmd = new class($ac) implements Command { // PHP匿名类命令
    public function __construct(private AirConditioner $ac) {}
    public function execute(): void { $this->ac->on(); }
};

$setTempCmd = new SetTempCommand($ac, 22);

$remote = new ToolbarButton();
$remote->setCommand($acOnCmd);
$remote->click(); // AC ON

$remote->setCommand($setTempCmd);
$remote->click(); // AC set to 22°C

优点

• 解耦调用者与执行者：Invoker无需知道Receiver细节
• 支持扩展操作：轻松添加新命令
• 实现高阶功能：撤销、重做、事务
• 组合命令：支持宏命令（批量操作）

缺点

• 类膨胀：每个操作需单独命令类
• 过度设计风险：简单场景增加复杂度
• 执行层级加深：可能影响性能

扩展

• 撤销机制：命令对象存储状态（unexecute()方法）
• 命令队列：线程池按顺序执行命令对象
• 日志命令：持久化命令序列实现系统恢复
• 智能命令：自主决策是否执行（如余额不足时拒绝转账）

模式协作

• 与备忘录模式：实现命令撤销（存储对象历史状态）
• 与组合模式：构建宏命令（批量执行子命令）
• 与责任链模式：实现命令的过滤与传递
• 与原型模式：克隆命令对象实现重做

延伸思考

• CQRS架构：命令（写操作）与查询（读操作）分离
• 事件溯源：存储命令序列而非最终状态（如银行交易流水）
• 前端应用：Redux的Action本质是命令模式实践
• 微服务补偿事务：失败时执行反向命令（如订单取消→库存回滚）

总结

命令模式是行为封装的艺术家，通过将请求转化为独立对象，实现调用与执行的彻底解耦。其核心价值在于：操作的对象化与行为的可管理性。从GUI事件处理到分布式事务，命令模式以灵活的对象结构支撑复杂操作控制，成为软件设计中不可或缺的"操作指挥官"。