實(shí)踐GoF的23種設(shè)計(jì)模式：命令模式簡介

簡介

現(xiàn)在的軟件系統(tǒng)往往是分層設(shè)計(jì)。在業(yè)務(wù)層執(zhí)行一次請求時(shí)，我們很清楚請求的上下文，包括，請求是做什么的、參數(shù)有哪些、請求的接收者是誰、返回值是怎樣的。相反，基礎(chǔ)設(shè)施層并不需要完全清楚業(yè)務(wù)上下文，它只需知道請求的接收者是誰即可，否則就耦合過深了。

因此，我們需要對(duì)請求進(jìn)行抽象，將上下文信息封裝到請求對(duì)象里，這其實(shí)就是命令模式，而該請求對(duì)象就是 Command。

GoF 對(duì)命令模式（Command Pattern）的定義如下：

Encapsulate a request as an object, thereby letting you parameterize clients with different requests, queue or log requests, and support undoable operations.

也即，命令模式可將請求轉(zhuǎn)換為一個(gè)包含與請求相關(guān)的所有信息的對(duì)象， 它能將請求參數(shù)化、延遲執(zhí)行、實(shí)現(xiàn) Undo / Redo 操作等。

上述的請求是廣義上的概念，可以是網(wǎng)絡(luò)請求，也可以是函數(shù)調(diào)用，更通用地，指一個(gè)動(dòng)作。

命令模式主要包含 3 種角色：

Command，命令，是對(duì)請求的抽象。具體的命令實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常會(huì)引用 Receiver。

Invoker，請求的發(fā)起發(fā)起方，它并不清楚 Command 和 Receiver 的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只管調(diào)用命令的接口。

Receiver，請求的接收方。

命令模式，一方面，能夠使得 Invoker 與 Receiver 消除彼此之間的耦合，讓對(duì)象之間的調(diào)用關(guān)系更加靈活；另一方面，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延遲執(zhí)行、Undo、Redo 等操作，因此被廣泛應(yīng)用在軟件設(shè)計(jì)中。

UML 結(jié)構(gòu)

場景上下文

在簡單的分布式應(yīng)用系統(tǒng)（示例代碼工程）中，db 模塊用來存儲(chǔ)服務(wù)注冊信息和系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

其中，服務(wù)注冊信息拆成了profiles和regions兩個(gè)表，在服務(wù)發(fā)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯中，通常需要同時(shí)操作兩個(gè)表，為了避免兩個(gè)表數(shù)據(jù)不一致的問題，db 模塊需要提供事務(wù)功能:

事務(wù)的核心功能之一是，當(dāng)其中某個(gè)語句執(zhí)行失敗時(shí)，之前已執(zhí)行成功的語句能夠回滾，而使用命令模式能夠很方便地實(shí)現(xiàn)該功能。

代碼實(shí)現(xiàn)

//demo/db/transaction.go
packagedb

//Command執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作的命令接口
//關(guān)鍵點(diǎn)1:定義命令抽象接口
typeCommandinterface{
//關(guān)鍵點(diǎn)2:命令抽象接口中聲明執(zhí)行命令的方法
Exec()error//Exec執(zhí)行insert、update、delete命令
//關(guān)鍵點(diǎn)3:如果有撤銷功能，則需要定義Undo方法
Undo()//Undo回滾命令
setDb(dbDb)//SetDb設(shè)置關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫
}

//TransactionDb事務(wù)實(shí)現(xiàn)，事務(wù)接口的調(diào)用順序?yàn)閎egin->exec->exec>...->commit
//關(guān)鍵點(diǎn)4:定義Invoker對(duì)象
typeTransactionstruct{
namestring
dbDb
//關(guān)鍵點(diǎn)5:Invoker對(duì)象持有Command的引用
cmds[]Command
}
//Begin開啟一個(gè)事務(wù)
func(t*Transaction)Begin(){
t.cmds=make([]Command,0)
}
//Exec在事務(wù)中執(zhí)行命令，先緩存到cmds隊(duì)列中，等commit時(shí)再執(zhí)行
func(t*Transaction)Exec(cmdCommand)error{
ift.cmds==nil{
returnErrTransactionNotBegin
}
cmd.setDb(t.db)
t.cmds=append(t.cmds,cmd)
returnnil
}
//Commit提交事務(wù)，執(zhí)行隊(duì)列中的命令，如果有命令失敗，則回滾后返回錯(cuò)誤
//關(guān)鍵點(diǎn)6:為Invoker對(duì)象定義Call方法，在方法內(nèi)調(diào)用Command的執(zhí)行方法Exec
func(t*Transaction)Commit()error{
history:=&cmdHistory{history:make([]Command,0,len(t.cmds))}
for_,cmd:=ranget.cmds{
iferr:=cmd.Exec();err!=nil{
history.rollback()
returnerr
}
history.add(cmd)
}
returnnil
}
//cmdHistory命令執(zhí)行歷史
typecmdHistorystruct{
history[]Command
}
func(c*cmdHistory)add(cmdCommand){
c.history=append(c.history,cmd)
}
//關(guān)鍵點(diǎn)7:在回滾方法中，調(diào)用已執(zhí)行命令的Undo方法
func(c*cmdHistory)rollback(){
fori:=len(c.history)-1;i>=0;i--{
c.history[i].Undo()
}
}

//InsertCmd插入命令
//關(guān)鍵點(diǎn)8:定義具體的命令類，實(shí)現(xiàn)Command接口
typeInsertCmdstruct{
//關(guān)鍵點(diǎn)9:命令通常持有接收者的引用，以便在執(zhí)行方法中與接收者交互
dbDb
tableNamestring
primaryKeyinterface{}
newRecordinterface{}
}
//關(guān)鍵點(diǎn)10:命令對(duì)象執(zhí)行方法中，調(diào)用Receiver的Action方法，這里的Receiver為db對(duì)象，Action方法為Insert方法
func(i*InsertCmd)Exec()error{
returni.db.Insert(i.tableName,i.primaryKey,i.newRecord)
}
func(i*InsertCmd)Undo(){
i.db.Delete(i.tableName,i.primaryKey)
}
func(i*InsertCmd)setDb(dbDb){
i.db=db
}

//UpdateCmd更新命令
typeUpdateCmdstruct{...}
//DeleteCmd刪除命令
typeDeleteCmdstruct{...}

客戶端可以這么使用：

funcclient(){
transaction:=db.CreateTransaction("register"+profile.Id)
transaction.Begin()
rcmd:=db.NewUpdateCmd(regionTable).WithPrimaryKey(profile.Region.Id).WithRecord(profile.Region)
transaction.Exec(rcmd)
pcmd:=db.NewUpdateCmd(profileTable).WithPrimaryKey(profile.Id).WithRecord(profile.ToTableRecord())
transaction.Exec(pcmd)
iferr:=transaction.Commit();err!=nil{
return...
}
return...
}

總結(jié)實(shí)現(xiàn)命令模式的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

定義命令抽象接口，本例子中為Command接口。

在命令抽象接口中聲明執(zhí)行命令的方法，本例子中為Exec方法。

如果要實(shí)現(xiàn)撤銷功能，還需要為命令對(duì)象定義Undo方法，在操作回滾時(shí)調(diào)用。

定義Invoker對(duì)象，本例子中為Transaction對(duì)象。

在 Invoker 對(duì)象持有 Command 的引用，本例子為Command的切片cmds。

為 Invoker 對(duì)象定義 Call 方法，用于執(zhí)行具體的命令，在方法內(nèi)調(diào)用 Command 的執(zhí)行方法 ，本例子中為Transaction.Commit方法。

如果要實(shí)現(xiàn)撤銷功能，還要在回滾方法中，調(diào)用已執(zhí)行命令的Undo方法，本例子中為cmdHistory.rollback方法。

定義具體的命令類，實(shí)現(xiàn)Command接口，本例子中為InsertCmd、UpdateCmd、DeleteCmd。

命令通常持有接收者的引用，以便在執(zhí)行方法中與接收者交互。本例子中，Receiver 為Db對(duì)象。

最后，在命令對(duì)象執(zhí)行方法中，調(diào)用 Receiver 的 Action 方法，本例子中， Receiver 的 Action 方法為db.Insert方法。

值得注意的是，本例子中Transaction對(duì)象在Transaction.Exec方法中只是將Command保存在隊(duì)列中，只有當(dāng)調(diào)用Transaction.Commit方法時(shí)才延遲執(zhí)行相應(yīng)的命令。

擴(kuò)展

os/exec中的命令模式

Go 標(biāo)準(zhǔn)庫的os/exec包也用到了命令模式。

packagemain

import(
"os/exec"
)

//對(duì)應(yīng)命令模式中的Invoker
funcmain(){
cmd:=exec.Command("sleep","1")
err:=cmd.Run()
}

在上述例子中，我們通過exec.Command方法將一個(gè) shell 命令轉(zhuǎn)換成一個(gè)命令對(duì)象exec.Cmd，其中的Cmd.Run()方法即是命令執(zhí)行方法；而main()函數(shù)，對(duì)應(yīng)到命令模式中的 Invoker；Receiver 則是操作系統(tǒng)執(zhí)行 shell 命令的具體進(jìn)程，從exec.Cmd的源碼中可以看到：

//src/os/exec/exec.go
packageexec

//對(duì)應(yīng)命令模式中的Command
typeCmdstruct{
...
//對(duì)應(yīng)命令模式中的Receiver
Process*os.Process
...
}

//對(duì)應(yīng)命令模式中Command的執(zhí)行方法
func(c*Cmd)Run()error{
iferr:=c.Start();err!=nil{
returnerr
}
returnc.Wait()
}

func(c*Cmd)Start()error{
...
//Command與Receiver的交互
c.Process,err=os.StartProcess(c.Path,c.argv(),&os.ProcAttr{...})
...
}

CQRS 架構(gòu)

CQRS 架構(gòu)，全稱為 Command Query Responsibility Segregation，命令查詢職責(zé)隔離架構(gòu)。

CQRS 架構(gòu)是微服務(wù)架構(gòu)模式中的一種，它利用事件（命令）來維護(hù)從多個(gè)服務(wù)復(fù)制數(shù)據(jù)的只讀視圖，通過讀寫分離思想，提升微服務(wù)架構(gòu)下查詢的性能。

CQRS 架構(gòu)可分為命令端和查詢端，其中命令端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的更新；查詢端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的查詢。命令端的寫數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)更新時(shí)，會(huì)向查詢端的只讀數(shù)據(jù)庫發(fā)送一個(gè)同步數(shù)據(jù)的事件，保證數(shù)據(jù)的最終一致性。

其中的命令端，就使用到了命令模式的思想，將數(shù)據(jù)更新請求封裝成命令，異步更新到寫數(shù)據(jù)庫中。

典型應(yīng)用場景

事務(wù)模式。事務(wù)模式下往往需要 Undo 操作，使用命令模式實(shí)現(xiàn)起來很方便。

遠(yuǎn)程執(zhí)行。Go 標(biāo)準(zhǔn)庫下的exec.Cmd、http.Client都屬于該類型，將請求封裝成命令來執(zhí)行。

CQRS 架構(gòu)。微服務(wù)架構(gòu)模式中的一種，通過命令模式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步更新。

延遲執(zhí)行。當(dāng)你希望一個(gè)操作能夠延遲執(zhí)行時(shí)，通常會(huì)將它封裝成命令，然后放到一個(gè)隊(duì)列中。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

符合單一職責(zé)原則。在命令模式下，每個(gè)命令都是職責(zé)單一、松耦合的；當(dāng)然也可以通過組合的方式，將多個(gè)簡單的命令組合成一個(gè)負(fù)責(zé)的命令。

可以很方便地實(shí)現(xiàn)操作的延遲執(zhí)行、回滾、重做等。

在分布式架構(gòu)下，命令模式能夠方便地實(shí)現(xiàn)異步的數(shù)據(jù)更新、方法調(diào)用等，提升性能。

缺點(diǎn)

命令模式下，調(diào)用往往是異步的，而異步會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變得復(fù)雜，問題出現(xiàn)時(shí)不好定位解決。

隨著業(yè)務(wù)越來越復(fù)雜，命令對(duì)象也會(huì)增多，代碼會(huì)變得更難維護(hù)。

與其他模式的關(guān)聯(lián)

在實(shí)現(xiàn) Undo/Redo 操作時(shí)，你通常需要同時(shí)使用 命令模式 和備忘錄模式。

另外，命令模式 也常常和觀察者模式一起出現(xiàn)，比如在 CQRS 架構(gòu)中，當(dāng)命令端更新數(shù)據(jù)庫后，寫數(shù)據(jù)庫就會(huì)通過事件將數(shù)據(jù)同步到讀數(shù)據(jù)庫上，這里就用到了觀察者模式。

審核編輯：劉清