请求发送者与接收者解耦——命令模式(一)

装修新房的最后几道工序之一是安装插座和开关,通过开关可以控制一些电器的打开和关闭,例如电灯或者排气扇。在购买开关时,我们并不知道它将来到底用于控制什么电器,也就是说,开关与电灯、排气扇并无直接关系,一个开关在安装之后可能用来控制电灯,也可能用来控制排气扇或者其他电器设备。开关与电器之间通过电线建立连接,如果开关打开,则电线通电,电器工作;反之,开关关闭,电线断电,电器停止工作。相同的开关可以通过不同的电线来控制不同的电器,如图1所示:

图1 开关与电灯、排气扇示意图

在图1中,我们可以将开关理解成一个请求的发送者,用户通过它来发送一个“开灯”请求,而电灯是“开灯”请求的最终接收者和处理者,在图中,开关和电灯之间并不存在直接耦合关系,它们通过电线连接在一起,使用不同的电线可以连接不同的请求接收者,只需更换一根电线,相同的发送者(开关)即可对应不同的接收者(电器)。

在软件开发中也存在很多与开关和电器类似的请求发送者和接收者对象,例如一个按钮,它可能是一个“关闭窗口”请求的发送者,而按钮点击事件处理类则是该请求的接收者。为了降低系统的耦合度,将请求的发送者和接收者解耦,我们可以使用一种被称之为命令模式的设计模式来设计系统,在命令模式中,发送者与接收者之间引入了新的命令对象(类似图1中的电线),将发送者的请求封装在命令对象中,再通过命令对象来调用接收者的方法。本章我们将学习用于将请求发送者和接收者解耦的命令模式。

1 自定义功能键

Sunny软件公司开发人员为公司内部OA系统开发了一个桌面版应用程序,该应用程序为用户提供了一系列自定义功能键,用户可以通过这些功能键来实现一些快捷操作。Sunny软件公司开发人员通过分析,发现不同的用户可能会有不同的使用习惯,在设置功能键的时候每个人都有自己的喜好,例如有的人喜欢将第一个功能键设置为“打开帮助文档”,有的人则喜欢将该功能键设置为“最小化至托盘”,为了让用户能够灵活地进行功能键的设置,开发人员提供了一个“功能键设置”窗口,该窗口界面如图2所示:

图2 “功能键设置”界面效果图

通过如图2所示界面,用户可以将功能键和相应功能绑定在一起,还可以根据需要来修改功能键的设置,而且系统在未来可能还会增加一些新的功能或功能键。

Sunny软件公司某开发人员欲使用如下代码来实现功能键与功能处理类之间的调用关系:

//FunctionButton:功能键类,请求发送者  
class FunctionButton {  
    private HelpHandler help; //HelpHandler:帮助文档处理类,请求接收者  

    //在FunctionButton的onClick()方法中调用HelpHandler的display()方法  
public void onClick() {  
        help = new HelpHandler();  
        help.display(); //显示帮助文档  
    }  
}

在上述代码中,功能键类FunctionButton充当请求的发送者,帮助文档处理类HelpHandler充当请求的接收者,在发送者FunctionButton的onClick()方法中将调用接收者HelpHandler的display()方法。显然,如果使用上述代码,将给系统带来如下几个问题:

(1) 由于请求发送者和请求接收者之间存在方法的直接调用,耦合度很高,更换请求接收者必须修改发送者的源代码,如果需要将请求接收者HelpHandler改为WindowHanlder(窗口处理类),则需要修改FunctionButton的源代码,违背了“开闭原则”。

(2) FunctionButton类在设计和实现时功能已被固定,如果增加一个新的请求接收者,如果不修改原有的FunctionButton类,则必须增加一个新的与FunctionButton功能类似的类,这将导致系统中类的个数急剧增加。由于请求接收者HelpHandler、WindowHanlder等类之间可能不存在任何关系,它们没有共同的抽象层,因此也很难依据“依赖倒转原则”来设计FunctionButton。

(3) 用户无法按照自己的需要来设置某个功能键的功能,一个功能键类的功能一旦固定,在不修改源代码的情况下无法更换其功能,系统缺乏灵活性。

不难得知,所有这些问题的产生都是因为请求发送者FunctionButton类和请求接收者HelpHandler、WindowHanlder等类之间存在直接耦合关系,如何降低请求发送者和接收者之间的耦合度,让相同的发送者可以对应不同的接收者?这是Sunny软件公司开发人员在设计“功能键设置”模块时不得不考虑的问题。命令模式正为解决这类问题而诞生,此时,如果我们使用命令模式,可以在一定程度上解决上述问题(注:命令模式无法解决类的个数增加的问题),下面就让我们正式进入命令模式的学习,看看命令模式到底如何实现请求发送者和接收者解耦。

2 命令模式概述

在软件开发中,我们经常需要向某些对象发送请求(调用其中的某个或某些方法),但是并不知道请求的接收者是谁,也不知道被请求的操作是哪个,此时,我们特别希望能够以一种松耦合的方式来设计软件,使得请求发送者与请求接收者能够消除彼此之间的耦合,让对象之间的调用关系更加灵活,可以灵活地指定请求接收者以及被请求的操作。命令模式为此类问题提供了一个较为完美的解决方案。

命令模式可以将请求发送者和接收者完全解耦,发送者与接收者之间没有直接引用关系,发送请求的对象只需要知道如何发送请求,而不必知道如何完成请求。

命令模式定义如下:

命令模式(Command Pattern):将一个请求封装为一个对象,从而让我们可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或者记录请求日志,以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式,其别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式。

命令模式的定义比较复杂,提到了很多术语,例如“用不同的请求对客户进行参数化”、“对请求排队”,“记录请求日志”、“支持可撤销操作”等,在后面我们将对这些术语进行一一讲解。

命令模式的核心在于引入了命令类,通过命令类来降低发送者和接收者的耦合度,请求发送者只需指定一个命令对象,再通过命令对象来调用请求接收者的处理方法,其结构如图3所示:

图3 命令模式结构图

在命令模式结构图中包含如下几个角色:

● Command(抽象命令类):抽象命令类一般是一个抽象类或接口,在其中声明了用于执行请求的execute()等方法,通过这些方法可以调用请求接收者的相关操作。

● ConcreteCommand(具体命令类):具体命令类是抽象命令类的子类,实现了在抽象命令类中声明的方法,它对应具体的接收者对象,将接收者对象的动作绑定其中。在实现execute()方法时,将调用接收者对象的相关操作(Action)。

● Invoker(调用者):调用者即请求发送者,它通过命令对象来执行请求。一个调用者并不需要在设计时确定其接收者,因此它只与抽象命令类之间存在关联关系。在程序运行时可以将一个具体命令对象注入其中,再调用具体命令对象的execute()方法,从而实现间接调用请求接收者的相关操作。

● Receiver(接收者):接收者执行与请求相关的操作,它具体实现对请求的业务处理。

命令模式的本质是对请求进行封装,一个请求对应于一个命令,将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。每一个命令都是一个操作:请求的一方发出请求要求执行一个操作;接收的一方收到请求,并执行相应的操作。命令模式允许请求的一方和接收的一方独立开来,使得请求的一方不必知道接收请求的一方的接口,更不必知道请求如何被接收、操作是否被执行、何时被执行,以及是怎么被执行的。

命令模式的关键在于引入了抽象命令类,请求发送者针对抽象命令类编程,只有实现了抽象命令类的具体命令才与请求接收者相关联。在最简单的抽象命令类中只包含了一个抽象的execute()方法,每个具体命令类将一个Receiver类型的对象作为一个实例变量进行存储,从而具体指定一个请求的接收者,不同的具体命令类提供了execute()方法的不同实现,并调用不同接收者的请求处理方法。 典型的抽象命令类代码如下所示:

abstract class Command {  
    public abstract void execute();  
}

对于请求发送者即调用者而言,将针对抽象命令类进行编程,可以通过构造注入或者设值注入的方式在运行时传入具体命令类对象,并在业务方法中调用命令对象的execute()方法,其典型代码如下所示:

class Invoker {  
    private Command command;  

    //构造注入  
    public Invoker(Command command) {  
        this.command = command;  
    }  

    //设值注入  
    public void setCommand(Command command) {  
        this.command = command;  
    }  

    //业务方法,用于调用命令类的execute()方法  
    public void call() {  
        command.execute();  
    }  
}

具体命令类继承了抽象命令类,它与请求接收者相关联,实现了在抽象命令类中声明的execute()方法,并在实现时调用接收者的请求响应方法action(),其典型代码如下所示:

class ConcreteCommand extends Command {  
    private Receiver receiver; //维持一个对请求接收者对象的引用  

    public void execute() {  
        receiver.action(); //调用请求接收者的业务处理方法action()  
    }  
}

请求接收者Receiver类具体实现对请求的业务处理,它提供了action()方法,用于执行与请求相关的操作,其典型代码如下所示:

class Receiver {  
    public void action() {  
        //具体操作  
    }  
}

思考

一个请求发送者能否对应多个请求接收者?如何实现?

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