設計模式學習筆記（六）-指令模式

1.1  如何開機

估計有些朋友看到這個标題會非常奇怪，電腦裝配好了，如何開機？不就是按下啟動按鈕就可以了嗎？難道還有什麼玄機不成。

對于使用電腦的客戶——就是我們來說，開機确實很簡單，按下啟動按鈕，然後耐心等待就可以了。但是當我們按下啟動按鈕過後呢？誰來處理？如何處理？都經曆了怎樣的過程，才讓電腦真正的啟動起來，供我們使用。

先一起來簡單的認識一下電腦的啟動過程，了解一下即可。

·當我們按下啟動按鈕，電源開始向主機闆和其它裝置供電

·主機闆的系統BIOS（基本輸入輸出系統）開始加電後自檢

·主機闆的BIOS會依次去尋找顯示卡等其它裝置的BIOS，并讓它們自檢或者初始化

·開始檢測CPU、記憶體、硬碟、光驅、序列槽、并口、軟驅、即插即用裝置等等

·BIOS更新ESCD（擴充系統配置資料），ESCD是BIOS和作業系統交換硬體配置資料的一種手段

·等前面的事情都完成後，BIOS才按照使用者的配置進行系統引導，進入作業系統裡面，等到作業系統裝載并初始化完畢，就出現我們熟悉的系統登入界面了。 

1.2  與我何幹

講了一通電腦啟動的過程，有些朋友會想，這與我何幹呢？

沒錯，看起來這些硬體知識跟你沒有什麼大的關系，但是，如果現在提出一個要求：請你用軟體把上面的過程表現出來，你該如何實作？

首先把上面的過程總結一下，主要就這麼幾個步驟：首先加載電源，然後是裝置檢查，再然後是裝載系統，最後電腦就正常啟動了。可是誰來完成這些過程？如何完成？

不能讓使用電腦的客戶——就是我們來做這些工作吧，真正完成這些工作的是主機闆，那麼客戶和主機闆如何發生聯系呢？現實中，是用連接配接線把按鈕連接配接到主機闆上的，這樣當客戶按下按鈕的時候，就相當于發指令給主機闆，讓主機闆去完成後續的工作。

另外，從客戶的角度來看，開機就是按下按鈕，不管什麼樣的主機闆都是一樣的，也就是說，客戶隻管發出指令，誰接收指令，誰實作指令，如何實作，客戶是不關心的。

1.3  有何問題

把上面的問題抽象描述一下：用戶端隻是想要發出指令或者請求，不關心請求的真正接收者是誰，也不關心具體如何實作，而且同一個請求的動作可以有不同的請求内容，當然具體的處理功能也不一樣，請問該怎麼實作？

2  解決方案

2.1  指令模式來解決

用來解決上述問題的一個合理的解決方案就是指令模式。那麼什麼是指令模式呢？

（1）指令模式定義

        将一個請求封裝為一個對象，進而使你可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或記錄請求日志，以及支援可撤銷的操作。

（2）應用指令模式來解決的思路

首先來看看實際電腦的解決方案

先畫個圖來描述一下，看看實際的電腦是如何處理上面描述的這個問題的，如圖1所示：

圖1  電腦操作示意圖

當客戶按下按鈕的時候，按鈕本身并不知道如何處理，于是通過連接配接線來請求主機闆，讓主機闆去完成真正啟動機器的功能。

這裡為了描述它們之間的關系，把主機闆畫到了機箱的外面。如果連接配接線連接配接到不同的主機闆，那麼真正執行按鈕請求的主機闆也就不同了，而客戶是不知道這些變化的。

通過引入按鈕和連接配接線，來讓發出指令的客戶和指令的真正實作者——主機闆完全解耦，客戶操作的始終是按鈕，按鈕後面的事情客戶就統統不管了。

要用程式來解決上面提出的問題，一種自然的方案就是來模拟上述解決思路。

在指令模式中，會定義一個指令的接口，用來限制所有的指令對象，然後提供具體的指令實作，每個指令實作對象是對用戶端某個請求的封裝，對應于機箱上的按鈕，一個機箱上可以有很多按鈕，也就相當于會有多個具體的指令實作對象。

在指令模式中，指令對象并不知道如何處理指令，會有相應的接收者對象來真正執行指令。就像電腦的例子，機箱上的按鈕并不知道如何處理功能，而是把這個請求轉發給主機闆，由主機闆來執行真正的功能，這個主機闆就相當于指令模式的接收者。

在指令模式中，指令對象和接收者對象的關系，并不是與生俱來的，需要有一個裝配的過程，指令模式中的Client對象就來實作這樣的功能。這就相當于在電腦的例子中，有了機箱上的按鈕，也有了主機闆，還需要有一個連接配接線把這個按鈕連接配接到主機闆上才行。

指令模式還會提供一個Invoker對象來持有指令對象，就像電腦的例子，機箱上會有多個按鈕，這個機箱就相當于指令模式的Invoker對象。這樣一來，指令模式的用戶端就可以通過Invoker來觸發并要求執行相應的指令了，這也相當于真正的客戶是按下機箱上的按鈕來操作電腦一樣。

2.2  模式結構和說明

指令模式的結構如圖2所示：

圖2  指令模式結構圖

Command：

定義指令的接口，聲明執行的方法。

ConcreteCommand：

指令接口實作對象，是“虛”的實作；通常會持有接收者，并調用接收者的功能來完成指令要執行的操作。

Receiver：

接收者，真正執行指令的對象。任何類都可能成為一個接收者，隻要它能夠實作指令要求實作的相應功能。

Invoker：

要求指令對象執行請求，通常會持有指令對象，可以持有很多的指令對象。這個是用戶端真正觸發指令并要求指令執行相應操作的地方，也就是說相當于使用指令對象的入口。

Client：

建立具體的指令對象，并且設定指令對象的接收者。注意這個不是我們正常意義上的用戶端，而是在組裝指令對象和接收者，或許，把這個Client稱為裝配者會更好了解，因為真正使用指令的用戶端是從Invoker來觸發執行。

2.3  指令模式示例代碼

（1）先來看看指令接口的定義，示例代碼如下： 

public interface Command {     public void execute(); }

 （2）再來看看具體的指令實作對象，示例代碼如下：

public class ConcreteCommand implements Command {     private Receiver receiver = null;     private String state;     public ConcreteCommand(Receiver receiver){        this.receiver = receiver;     }       public void execute() {        //通常會轉調接收者對象的相應方法，讓接收者來真正執行功能        receiver.action();     } }

（3）再來看看接收者對象的實作示意，示例代碼如下： 

public class Receiver {     public void action(){        //真正執行指令操作的功能代碼     } }

（4）接下來看看Invoker對象，示例代碼如下： 

public class Invoker {     private Command command = null;     public void setCommand(Command command) {        this.command = command;     }     public void runCommand() {        //調用指令對象的執行方法        command.execute();     } }

（5）再來看看Client的實作，注意這個不是我們通常意義上的測試用戶端，主要功能是要建立指令對象并設定它的接收者，是以這裡并沒有調用執行的代碼，示例代碼如下： 

public class Client {     public void assemble(){        //建立接收者        Receiver receiver = new Receiver();        //建立指令對象，設定它的接收者        Command command = new ConcreteCommand(receiver);        //建立Invoker，把指令對象設定進去        Invoker invoker = new Invoker();        invoker.setCommand(command);     } }

2.4  使用指令模式來實作示例

       要使用指令模式來實作示例，需要先把指令模式中所涉及的各個部分，在實際的示例中對應出來，然後才能按照指令模式的結構來設計和實作程式。根據前面描述的解決思路，大緻對應如下：

·機箱上的按鈕就相當于是指令對象

·機箱相當于是Invoker

·主機闆相當于接收者對象

·指令對象持有一個接收者對象，就相當于是給機箱的按鈕連上了一根連接配接線

·當機箱上的按鈕被按下的時候，機箱就把這個指令通過連接配接線發送出去。

主機闆類才是真正實作開機功能的地方，是真正執行指令的地方，也就是“接收者”。指令的實作對象，其實是個“虛”的實作，就如同那根連接配接線，它哪知道如何實作啊，還不就是把指令傳遞給連接配接線連到的主機闆。

使用指令模式來實作示例的結構如圖3所示：

圖3  使用指令模式來實作示例的結構示意圖

還是來看看示例代碼，會比較清楚。

（1）定義主機闆

        根據前面的描述，我們會發現，真正執行客戶指令或請求的是主機闆，也隻有主機闆才知道如何去實作客戶的指令，是以先來抽象主機闆，把它用對象描述出來。

先來定義主機闆的接口，最起碼主機闆會有一個能開機的方法，示例代碼如下： 

public interface MainBoardApi {     public void open(); }

定義了接口，那就接着定義實作類吧，定義兩個主機闆的實作類，一個是技嘉主機闆，一個是微星主機闆，現在的實作是一樣的，但是不同的主機闆對同一個指令的操作可以是不同的，這點大家要注意。由于兩個實作基本一樣，就示例一個，示例代碼如下： 

public class GigaMainBoard implements MainBoardApi{     public void open(){        System.out.println("技嘉主機闆現在正在開機，請等候");        System.out.println("接通電源......");        System.out.println("裝置檢查......");        System.out.println("裝載系統......");        System.out.println("機器正常運轉起來......");        System.out.println("機器已經正常打開，請操作");     } }

微星主機闆的實作和這個完全一樣，隻是把技嘉改名成微星了。

（2）定義指令接口和指令的實作

         對于客戶來說，開機就是按下按鈕，别的什麼都不想做。把使用者的這個動作抽象一下，就相當于客戶發出了一個指令或者請求，其它的客戶就不關心了。為描述客戶的指令，現定義出一個指令的接口，裡面隻有一個方法，那就是執行，示例代碼如下： 

public interface Command {     public void execute(); }

有了指令的接口，再來定義一個具體的實作，其實就是模拟現實中機箱上按鈕的功能，因為我們按下的是按鈕，但是按鈕本身是不知道如何啟動電腦的，它需要把這個指令轉給主機闆，讓主機闆去真正執行開機功能。示例代碼如下： 

public class OpenCommand implements Command{     private MainBoardApi mainBoard = null;     public OpenCommand(MainBoardApi mainBoard) {        this.mainBoard = mainBoard;     }     public void execute() {        //對于指令對象，根本不知道如何開機，會轉調主機闆對象        //讓主機闆去完成開機的功能        this.mainBoard.open();     } }

       由于客戶不想直接和主機闆打交道，而且客戶根本不知道具體的主機闆是什麼，客戶隻是希望按下啟動按鈕，電腦就正常啟動了，就這麼簡單。就算換了主機闆，客戶還是一樣的按下啟動按鈕就可以了。

換句話說就是：客戶想要和主機闆完全解耦，怎麼辦呢？

這就需要在客戶和主機闆之間建立一個中間對象了，客戶發出的指令傳遞給這個中間對象，然後由這個中間對象去找真正的執行者——主機闆，來完成工作。

很顯然，這個中間對象就是上面的指令實作對象，請注意：這個實作其實是個虛的實作，真正的實作是主機闆完成的，在這個虛的實作裡面，是通過轉調主機闆的功能來實作的，主機闆對象執行個體，是從外面傳進來的。

（3）提供機箱

客戶需要操作按鈕，按鈕是放置在機箱之上的，是以需要把機箱也定義出來，示例代碼如下： 

public class Box {     private Command openCommand;     public void setOpenCommand(Command command){        this.openCommand = command;     }     public void openButtonPressed(){        //按下按鈕，執行指令        openCommand.execute();     } }

（4）客戶使用按鈕

抽象好了機箱和主機闆，指令對象也準備好了，客戶想要使用按鈕來完成開機的功能，在使用之前，客戶的第一件事情就應該是把按鈕和主機闆組裝起來，形成一個完整的機器。

在實際生活中，是由裝機工程師來完成這部分工作，這裡為了測試簡單，直接寫在用戶端開頭了。機器組裝好過後，客戶應該把與主機闆連接配接好的按鈕對象放置到機箱上，等待客戶随時操作。把這個過程也用代碼描述出來，示例代碼如下： 

public class Client {     public static void main(String[] args) {        //1：把指令和真正的實作組合起來，相當于在組裝機器，        //把機箱上按鈕的連接配接線插接到主機闆上。        MainBoardApi mainBoard = new GigaMainBoard();        OpenCommand openCommand = new OpenCommand(mainBoard);        //2：為機箱上的按鈕設定對應的指令，讓按鈕知道該幹什麼        Box box = new Box();        box.setOpenCommand(openCommand);        //3：然後模拟按下機箱上的按鈕        box.openButtonPressed();     } }

運作一下，看看效果，輸出如下： 

技嘉主機闆現在正在開機，請等候 接通電源...... 裝置檢查...... 裝載系統...... 機器正常運轉起來...... 機器已經正常打開，請操作

你可以給指令對象組裝不同的主機闆實作類，然後再次測試，看看效果。

事實上，你會發現，如果對象結構已經組裝好了過後，對于真正的用戶端，也就是真實的使用者而言，任務就是面對機箱，按下機箱上的按鈕，就可以執行開機的指令了，實際生活中也是這樣的。

（5）小結

如同前面的示例，把客戶的開機請求封裝成為一個 OpenCommand 對象，客戶的開機操作就變成了執行 OpenCommand 對象的方法了？如果還有其它的指令對象，比如讓機器重新開機的 ResetCommand 對象；那麼客戶按下按鈕的動作，就可以用這不同的指令對象去比對，也就是對客戶進行參數化。

用大白話描述就是：客戶按下一個按鈕，到底是開機還是重新開機，那要看參數化配置的是哪一個具體的按鈕對象，如果參數化的是開機的指令對象，那就執行開機的功能，如果參數化的是重新開機的指令對象，那就執行重新開機