做网站主要显哪些内容,如何做好互联网营销推广,php新闻网站源码,2022年最火的加盟店#x1f308; 个人主页#xff1a;danci_ #x1f525; 系列专栏#xff1a;《设计模式》 #x1f4aa;#x1f3fb; 制定明确可量化的目标#xff0c;并且坚持默默的做事。 引言#xff1a;探索命令模式的奥秘 软件设计领域充满挑战与机遇#xff0c;命令模式… 个人主页danci_ 系列专栏《设计模式》 制定明确可量化的目标并且坚持默默的做事。 引言探索命令模式的奥秘 软件设计领域充满挑战与机遇命令模式作为关键要素以优雅方式组织应用程序中的行为和请求。命令模式在现实世界中无处不在如遥控器按钮或语音助手指令封装请求或操作为对象便于灵活处理不同请求、队列、日志及可撤销操作。从简单GUI到复杂企业级事务管理命令模式均发挥重要作用。 命令模式的魅力在于其提供的松耦合设计方式。它将发起请求的对象Invoker与实现请求的对象Receiver之间的依赖解耦引入了具体命令ConcreteCommand类来作为二者之间的沟通桥梁。这不仅增强了系统的灵活性使得命令的添加和扩展变得更为平易同时也方便了事务逻辑和历史记录的实现比如撤销/重做功能这在诸如文本编辑器等需要这类功能的应用程序中至关重要。 本文将深入解析命令模式的精粹从基本概念入手阐述其在软件设计中的实际应用探讨如何高效地实现命令模式并揭示其背后的设计哲学。我们会通过实例验证命令模式的多功能性并指出在实现过程中需要注意的常见陷阱和挑战。 文章的结构安排如下
传统的实现方式模式讲解回顾与展望 随着我们走进命令模式的奥秘世界将揭示如何巧妙地利用它来构建模块化、灵活和可维护性高的软件系统。 文章目录 一、传统实现方式场景案例一坨坨代码实现有何问题 二、命令模式讲解结构图及说明示例代码使用命令模式重构案例克服的问题 三、回顾与展望优点缺点应用场景未来展望 一、传统实现方式
场景案例 一个经典的案例场景是“远程遥控器”Remote Control的设计。在这个场景中我们可以将遥控器上的每个按钮看作是一个命令对象而遥控器本身则是一个命令的调用者。当用户按下遥控器上的某个按钮时遥控器就会调用相应的命令对象来执行操作。
一坨坨代码实现 一个简单的、直接的实现方法可能是直接在遥控器类中为每一个可能的动作定义一个方法。当一个按钮被按下时就直接调用对应的方法。这种做法会使得遥控器类和实际执行动作的类高度耦合因为遥控器类需要知道所有可能的动作以及如何执行这些动作。
// 遥控器调用者
class RemoteControl {private Light light;private Television television;public RemoteControl(Light light, Television television) {this.light light;this.television television;}public void pressButton(String button) {switch(button) {case lightOn:light.turnOn();break;case lightOff:light.turnOff();break;case tvOn:television.turnOn();break;case tvOff:television.turnOff();break;case volumeUp:television.volumeUp();break;case volumeDown:television.volumeDown();break;// 更多可能的按钮动作...default:System.out.println(Button button not mapped to an action.);break;}}
}// 灯光类
class Light {public void turnOn() {System.out.println(Light is On.);}public void turnOff() {System.out.println(Light is Off.);}
}// 电视类
class Television {public void turnOn() {System.out.println(Television is On.);}public void turnOff() {System.out.println(Television is Off.);}public void volumeUp() {System.out.println(Television volume turned up.);}public void volumeDown() {System.out.println(Television volume turned down.);}
}// 客户端代码
class Demo {public static void main(String[] args) {Light light new Light();Television tv new Television();RemoteControl remote new RemoteControl(light, tv);remote.pressButton(lightOn);remote.pressButton(tvOn);remote.pressButton(volumeUp);// ... 更多动作}
}请注意虽然这种方法可以实现功能但它违反了设计原则如开闭原则OCP和单一职责原则SRP。每新增一个设备或者一个功能都需要修改RemoteControl类的代码这使得RemoteControl类随着时间推进和功能增加变得越来越庞大和难以维护。
有何问题 上述实现设计存在以下问题 1. 高耦合: 遥控器类RemoteControl直接依赖于特定的设备类如Light和Television并且需要知道它们的接口和实现细节。这违背了设计模式中强调的依赖倒置原则即高层模块不应该依赖于底层模块它们都应该依赖于抽象。 2. 违反开闭原则 (OCP): 如果需要添加新的设备或者动作例如让遥控器控制空调就必须修改RemoteControl类的pressButton方法添加新的case分支。开闭原则指出软件实体应该对扩展开放对修改关闭。上述设计并不满足这一原则。 3. 违反单一职责原则 (SRP): RemoteControl类不仅是调用者还决定了逻辑如何执行。这给了RemoteControl多个变化的原因比如设备接口改变或者控制逻辑改变。 4. 可维护性差: 随着功能的增多pressButton方法会变得越来越长充满了各种case语句这会让代码难以维护。 5. 可扩展性差: 向遥控器中添加新功能变得复杂需要修改现有代码并有可能引入新的错误。 6. 重复代码: 如果多个按钮需要执行类似的逻辑这就可能产生代码重复。 综上所述遥控器的这种设计缺乏灵活性和可维护性。使用命令模式可以解决这些缺点因为命令模式将请求封装成对象与执行操作的对象解耦增加新命令无需修改已有的代码只需定义新的命令对象。这样增强了代码的可维护性、扩展性且令代码更加清晰。
二、命令模式讲解 解决上述问题的方法是使用命令模式。 命令模式的定义 将一个请求封装为一个对象从而使你可用不同的请求对客户进行参数化对请求排队或记录请求日志以及支持可撤销的操作。 核心思想 将请求或操作封装成对象并通过调用这些对象来执行操作从而实现了客户端和接收者的解耦。
结构图及说明 说明
命令接口Command Interface这是一个抽象接口定义了执行命令的通用方法。具体的命令类需要实现这个接口。具体命令类Concrete Command Classes这些类实现了命令接口并封装了具体的操作或请求。它们通常持有一个对接收者的引用并实现了在调用时执行相应操作的方法。接收者Receiver接收者对象知道如何执行与命令相关的操作。具体命令类在调用时会与接收者对象交互执行相应的操作。调用者Invoker调用者对象负责调用命令对象。它通常持有一个或多个命令对象的引用并提供一个方法来执行这些命令。调用者不需要知道命令的具体实现细节只需要调用命令对象的方法即可。客户端Client客户端创建具体的命令对象并将其传递给调用者对象。客户端还可以设置接收者对象并将其传递给命令对象。客户端通过调用调用者的方法来间接执行命令。 命令模式的结构允许将请求或操作封装成独立的对象从而实现了请求调用者和请求接收者之间的解耦。这种设计模式使得请求可以被排队、撤销、重做以及事务处理等提高了系统的灵活性和可扩展性。同时通过引入命令接口和具体命令类也使得新的命令可以很容易地加入到系统中而无需修改现有的代码。
示例代码 首先我们需要定义一个Command接口所有的具体命令类都需要实现这个接口
public interface Command { void execute();
}接下来我们定义两个具体的命令类ConcreteCommandA和ConcreteCommandB它们实现了Command接口
public class ConcreteCommandA implements Command { private Receiver receiver; public ConcreteCommandA(Receiver receiver) { this.receiver receiver; } Override public void execute() { receiver.action(); }
} public class ConcreteCommandB implements Command { private Receiver receiver; public ConcreteCommandB(Receiver receiver) { this.receiver receiver; } Override public void execute() { receiver.anotherAction(); }
}然后我们需要定义一个Receiver类这个类将执行实际的操作
public class Receiver { public void action() { System.out.println(Executing action in Receiver); } public void anotherAction() { System.out.println(Executing another action in Receiver); }
}接下来我们定义一个Invoker类这个类将负责调用命令
public class Invoker { private Command command; public Invoker(Command command) { this.command command; } public void setCommand(Command command) { this.command command; } public void executeCommand() { command.execute(); }
}最后我们可以在客户端代码中使用这些类
public class Client { public static void main(String[] args) { Receiver receiver new Receiver(); Command commandA new ConcreteCommandA(receiver); Command commandB new ConcreteCommandB(receiver); Invoker invoker new Invoker(commandA); invoker.executeCommand(); // 输出 Executing action in Receiver invoker.setCommand(commandB); invoker.executeCommand(); // 输出 Executing another action in Receiver }
}在这个示例中Command接口定义了一个execute方法ConcreteCommandA和ConcreteCommandB类实现了这个接口并在execute方法中调用了Receiver对象的不同方法。Invoker类持有一个Command对象并提供了executeCommand方法来执行命令。在客户端代码中我们创建了一个Receiver对象和两个命令对象并使用Invoker对象来执行这些命令。
使用命令模式重构案例 假设原有的实现中包含的是一个简单的遥控器类RemoteControl用于控制Light开/关灯和Television开/关电视两种设备。我们将使用命令模式实现它首先定义命令接口然后创建几个具体的命令类之后实现调用者即遥控器类最后实现接收者类。
定义命令接口 (Command):
public interface Command {void execute();
}实现具体命令类 (ConcreteCommands):
// Light On Command
public class LightOnCommand implements Command {private Light light;public LightOnCommand(Light light) {this.light light;}public void execute() {light.on();}
}// Light Off Command
public class LightOffCommand implements Command {private Light light;public LightOffCommand(Light light) {this.light light;}public void execute() {light.off();}
}// Television On Command
public class TelevisionOnCommand implements Command {private Television television;public TelevisionOnCommand(Television television) {this.television television;}public void execute() {television.on();}
}// Television Off Command
public class TelevisionOffCommand implements Command {private Television television;public TelevisionOffCommand(Television television) {this.television television;}public void execute() {television.off();}
}实现调用者 (Invoker):
public class RemoteControl {private Command[] onCommands;private Command[] offCommands;public RemoteControl() {onCommands new Command[2];offCommands new Command[2];}public void setCommand(int slot, Command onCommand, Command offCommand) {onCommands[slot] onCommand;offCommands[slot] offCommand;}public void pressOnButton(int slot) {onCommands[slot].execute();}public void pressOffButton(int slot) {offCommands[slot].execute();}
}实现接收者 (Receivers):
// Light class
public class Light {public void on() {System.out.println(Light is on.);}public void off() {System.out.println(Light is off.);}
}// Television class
public class Television {public void on() {System.out.println(Television is on.);}public void off() {System.out.println(Television is off.);}
}使用命令模式
public class Client {public static void main(String[] args) {RemoteControl remote new RemoteControl();Light light new Light();Television tv new Television();Command lightOn new LightOnCommand(light);Command lightOff new LightOffCommand(light);Command tvOn new TelevisionOnCommand(tv);Command tvOff new TelevisionOffCommand(tv);remote.setCommand(0, lightOn, lightOff);remote.setCommand(1, tvOn, tvOff);// Turn on the light and tvremote.pressOnButton(0);remote.pressOnButton(1);// Turn off the light and tvremote.pressOffButton(0);remote.pressOffButton(1);}
}这样我们使用命令模式实现了遥控器类。添加新命令只需创建新的Command类然后使用setCommand方法将其设为特定按钮的操作。无需修改远程控制器的内部逻辑符合开闭原则。
克服的问题 使用命令模式实现遥控器场景能够解决的问题包括 1. 高耦合 在不使用命令模式的情况下遥控器需要直接调用具体设备的操作方法这造成了调用者和接收者之间的高耦合。使用命令模式后遥控器只需要知道如何触发命令对象而具体的设备操作被封装在命令对象中降低了耦合性。 2. 开闭原则 (OCP) 开闭原则强调系统设计应该对扩展开放对修改封闭。在命令模式中若要引入新的命令或动作无需修改遥控器的代码只需要创建新的命令对象即可。这样遥控器的功能扩展不需要修改既有代码保持了系统的开放性与封闭性。 3. 单一职责原则 (SRP) 单一职责原则要求一个类应该只有一个引起变化的原因。在命令模式中遥控器的职责仅限于发出请求而命令对象负责定义具体的操作行为这样就将两者的责任区分开来满足了SRP。 4. 可维护性 在没有命令模式的遥控器实现中交织的命令逻辑使得代码难以理解和维护。命令模式将命令逻辑封装在单独的对象中使得遥控器和设备的代码更加清晰提高了可维护性。 5. 可扩展性 不使用命令模式每增加一个操作或设备都可能需要修改遥控器的代码。命令模式使得增加新的命令或设备变得容易只需定义新的命令类无需改动遥控器或其他命令类。 6. 代码复用 没有命令模式的遥控器实现可能会导致很多重复代码比如多个类似设备的操作可能非常相似。命令模式提高代码复用性因为可以通过继承或组合来复用命令类代码从而减少重复。 命令模式通过对命令的抽象和封装提供了一种清晰而灵活的方式来解耦调用者和接收者使代码变得更加模块化易于理解、维护和扩展。
三、回顾与展望
优点
解耦发送者和接收者命令模式将发起请求的对象发送者和执行请求的对象接收者分离开来。这样发送者只需要知道如何发送请求而不需要知道请求的具体实现细节从而降低了系统的耦合度。扩展性当需要引入新命令时不需要改变现有的代码只需增加新的命令类。这符合开闭原则对于扩展是开放的对于修改是封闭的。重用性你可以重用这些命令因为命令本身与其操作的上下文是独立的。灵活性命令模式可以支持撤销undo和重做redo操作因为每个命令都能够记录它的历史状态或者可以提供撤销其所做操作的方式。可以将一组简单的命令组合成复杂的命令。可以方便地实现请求的记录和队列化。
缺点
类膨胀对于每一个操作都需要创建一个特定的命令类随着应用程序命令增多会产生大量类使系统变得更加复杂。增加复杂性对于简单的操作使用命令模式可能会过于复杂它会引入许多额外的类和对象增加了系统的复杂度。性能考虑如果在某些性能敏感的系统中增加这样一个额外的抽象层可能会影响性能。 命令模式在需要将发起操作和执行操作解耦时表现很好在菜单选择、队列请求、事务操作以及作业排队等场景下特别有用。然而适当的使用是关键因为在不需要这种级别灵活性的简单场景中它可能会导致不必要的复杂性。
应用场景 命令模式作为一种行为设计模式是处理请求和操作执行解耦的强大工具。以下是命令模式的一些典型应用场景
GUI按钮和菜单操作图形用户界面GUI程序中按钮行为和菜单命令通常使用命令模式实现。每个按钮或菜单项都有不同的行为和请求命令模式允许将这些行为封装成具体的命令对象使得你可以根据需要动态地为按钮分配不同的功能。撤销/重做功能在文本编辑器、图像编辑软件或数据库事务管理等应用程序里实现撤销Undo和重做Redo功能。命令对象可以用来记录发生的行为及其状态可以在必要时回滚或重播这些行为。操作队列在需要排队多个请求并按顺序执行它们的场景中如线程池、任务管理器或后台作业调度。命令模式可以将所有的请求封装成命令对象并添加到队列中独立于请求本身。日志请求在需要记录和存储用户操作的系统中可以使用命令模式记录每个操作的详细信息当系统崩溃或出错时能够通过日志重放用户的操作以恢复到之前的状态。智能家居或物联网IoT控制智能家居应用中将用户的操作如打开灯光、设置温度等抽象为命令这些命令可以远程或定时执行命令模式使得新增更多功能如新的设备控制变得简单。异步任务执行在需要将请求处理的工作委托给后台线程执行的系统中可以将这些请求作为命令放入工作队列中由后台服务进行处理。事务行为管理在需要实现事务的系统中比如需要保证一系列操作要么全部成功要么全部失败命令对象能够用于封装所有事务的操作并在发生错误时进行回滚。
未来展望 随着软件设计的不断进步命令模式作为一种行为设计模式其在分离命令的定义与调用、组织复杂命令结构等方面的优势将会保持其重要性。未来的发展趋势和可能的应用方向可从以下几个方面进行探讨 与新兴技术的融合 命令模式很可能会与当前逐渐普及的技术像云计算、物联网(IoT)以及人工智能(AI)产生更紧密的结合。例如在智能家居领域命令模式可以用来设计一个集中的控制系统用以发送和调度对各种家电的控制命令在云服务中命令模式可以协助构建更为灵活的服务调用机制促进分布式系统的命令传递和执行。 可扩展性与微服务架构 随着微服务架构的流行命令模式的可扩展性将得到进一步重视。微服务架构依赖于服务的精细化管理和交互而利用命令模式能够有效地对服务间传递的命令进行封装处理使得服务间的通信更加的稳定与易于维护。 丰富的行为组合与软件自动化 命令模式也可以在增强软件自动化方面发挥重要作用。由于它支持撤销、重做等操作这使得自动化脚本或框架在执行过程中可以更灵活地控制事务。同时命令的组合能力可以促使开发者创造出更加复杂和智能化的宏命令这些宏命令可以应对快速变化的业务逻辑和工作流程。 增强人机交互体验 随着VR虚拟现实、AR增强现实等交互技术的发展命令模式有潜力在未来的人机交互系统中扮演关键角色。在这些系统中用户的各种指令可以通过命令模式进行封装从而提供更为直观和流畅的交互体验。 面向可持续发展的软件设计 环境和可持续发展成为全球关注的热点软件设计同样需要考虑绿色计算。命令模式由于其高度解耦命令发起者与执行者的特性有助于构建能够轻松适应能效优化和资源管理策略的软件系统。
结语 命令模式作为一种成熟和灵活的设计模式对于软件工程师来说是必不可少的工具之一。随着科技的发展和计算模型的演变命令模式的应用场景将会越发广泛其在设计模式中的地位也将日益凸显。 继续深入学习和实践命令模式。务求不仅理解其基本概念和结构还要通过实际项目练习来把握其精髓灵活运用到各种复杂场景中。不断探索命令模式与其他设计模式的结合使用也是拓宽设计思路、提升软件质量的重要途径。 记住技术总是在变但设计模式提供的是解决问题的思想和方法。持续学习不断实践让我们一同推动软件设计的边界向前延伸。
