实践GoF的23种设计模式：命令模式简介

简介

现在的软件系统往往是分层设计。在业务层执行一次请求时，我们很清楚请求的上下文，包括，请求是做什么的、参数有哪些、请求的接收者是谁、返回值是怎样的。相反，基础设施层并不需要完全清楚业务上下文，它只需知道请求的接收者是谁即可，否则就耦合过深了。

因此，我们需要对请求进行抽象，将上下文信息封装到请求对象里，这其实就是命令模式，而该请求对象就是 Command。

GoF 对命令模式（Command Pattern）的定义如下：

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

也即，命令模式可将请求转换为一个包含与请求相关的所有信息的对象， 它能将请求参数化、延迟执行、实现 Undo / Redo 操作等。

上述的请求是广义上的概念，可以是网络请求，也可以是函数调用，更通用地，指一个动作。

命令模式主要包含 3 种角色：

Command，命令，是对请求的抽象。具体的命令实现时，通常会引用 Receiver。

Invoker，请求的发起发起方，它并不清楚 Command 和 Receiver 的实现细节，只管调用命令的接口。

Receiver，请求的接收方。

命令模式，一方面，能够使得 Invoker 与 Receiver 消除彼此之间的耦合，让对象之间的调用关系更加灵活；另一方面，能够很方便地实现延迟执行、Undo、Redo 等操作，因此被广泛应用在软件设计中。

UML 结构

场景上下文

在简单的分布式应用系统（示例代码工程）中，db 模块用来存储服务注册信息和系统监控数据。

其中，服务注册信息拆成了profiles和regions两个表，在服务发现的业务逻辑中，通常需要同时操作两个表，为了避免两个表数据不一致的问题，db 模块需要提供事务功能:

事务的核心功能之一是，当其中某个语句执行失败时，之前已执行成功的语句能够回滚，而使用命令模式能够很方便地实现该功能。

代码实现

//demo/db/transaction.go
packagedb

//Command执行数据库操作的命令接口
//关键点1:定义命令抽象接口
typeCommandinterface{
//关键点2:命令抽象接口中声明执行命令的方法
Exec()error//Exec执行insert、update、delete命令
//关键点3:如果有撤销功能，则需要定义Undo方法
Undo()//Undo回滚命令
setDb(dbDb)//SetDb设置关联的数据库
}

//TransactionDb事务实现，事务接口的调用顺序为begin->exec->exec>...->commit
//关键点4:定义Invoker对象
typeTransactionstruct{
namestring
dbDb
//关键点5:Invoker对象持有Command的引用
cmds[]Command
}
//Begin开启一个事务
func(t*Transaction)Begin(){
t.cmds=make([]Command,0)
}
//Exec在事务中执行命令，先缓存到cmds队列中，等commit时再执行
func(t*Transaction)Exec(cmdCommand)error{
ift.cmds==nil{
returnErrTransactionNotBegin
}
cmd.setDb(t.db)
t.cmds=append(t.cmds,cmd)
returnnil
}
//Commit提交事务，执行队列中的命令，如果有命令失败，则回滚后返回错误
//关键点6:为Invoker对象定义Call方法，在方法内调用Command的执行方法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命令执行历史
typecmdHistorystruct{
history[]Command
}
func(c*cmdHistory)add(cmdCommand){
c.history=append(c.history,cmd)
}
//关键点7:在回滚方法中，调用已执行命令的Undo方法
func(c*cmdHistory)rollback(){
fori:=len(c.history)-1;i>=0;i--{
c.history[i].Undo()
}
}

//InsertCmd插入命令
//关键点8:定义具体的命令类，实现Command接口
typeInsertCmdstruct{
//关键点9:命令通常持有接收者的引用，以便在执行方法中与接收者交互
dbDb
tableNamestring
primaryKeyinterface{}
newRecordinterface{}
}
//关键点10:命令对象执行方法中，调用Receiver的Action方法，这里的Receiver为db对象，Action方法为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删除命令
typeDeleteCmdstruct{...}

客户端可以这么使用：

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...
}

总结实现命令模式的几个关键点：

定义命令抽象接口，本例子中为Command接口。

在命令抽象接口中声明执行命令的方法，本例子中为Exec方法。

如果要实现撤销功能，还需要为命令对象定义Undo方法，在操作回滚时调用。

定义Invoker对象，本例子中为Transaction对象。

在 Invoker 对象持有 Command 的引用，本例子为Command的切片cmds。

为 Invoker 对象定义 Call 方法，用于执行具体的命令，在方法内调用 Command 的执行方法 ，本例子中为Transaction.Commit方法。

如果要实现撤销功能，还要在回滚方法中，调用已执行命令的Undo方法，本例子中为cmdHistory.rollback方法。

定义具体的命令类，实现Command接口，本例子中为InsertCmd、UpdateCmd、DeleteCmd。

命令通常持有接收者的引用，以便在执行方法中与接收者交互。本例子中，Receiver 为Db对象。

最后，在命令对象执行方法中，调用 Receiver 的 Action 方法，本例子中， Receiver 的 Action 方法为db.Insert方法。

值得注意的是，本例子中Transaction对象在Transaction.Exec方法中只是将Command保存在队列中，只有当调用Transaction.Commit方法时才延迟执行相应的命令。

扩展

os/exec中的命令模式

Go 标准库的os/exec包也用到了命令模式。

packagemain

import(
"os/exec"
)

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

在上述例子中，我们通过exec.Command方法将一个 shell 命令转换成一个命令对象exec.Cmd，其中的Cmd.Run()方法即是命令执行方法；而main()函数，对应到命令模式中的 Invoker；Receiver 则是操作系统执行 shell 命令的具体进程，从exec.Cmd的源码中可以看到：

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

//对应命令模式中的Command
typeCmdstruct{
...
//对应命令模式中的Receiver
Process*os.Process
...
}

//对应命令模式中Command的执行方法
func(c*Cmd)Run()error{
iferr:=c.Start();err!=nil{
returnerr
}
returnc.Wait()
}

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

CQRS 架构

CQRS 架构，全称为 Command Query Responsibility Segregation，命令查询职责隔离架构。

CQRS 架构是微服务架构模式中的一种，它利用事件（命令）来维护从多个服务复制数据的只读视图，通过读写分离思想，提升微服务架构下查询的性能。

CQRS 架构可分为命令端和查询端，其中命令端负责数据的更新；查询端负责数据的查询。命令端的写数据库在数据更新时，会向查询端的只读数据库发送一个同步数据的事件，保证数据的最终一致性。

其中的命令端，就使用到了命令模式的思想，将数据更新请求封装成命令，异步更新到写数据库中。

典型应用场景

事务模式。事务模式下往往需要 Undo 操作，使用命令模式实现起来很方便。

远程执行。Go 标准库下的exec.Cmd、http.Client都属于该类型，将请求封装成命令来执行。

CQRS 架构。微服务架构模式中的一种，通过命令模式来实现数据的异步更新。

延迟执行。当你希望一个操作能够延迟执行时，通常会将它封装成命令，然后放到一个队列中。

优缺点

优点

符合单一职责原则。在命令模式下，每个命令都是职责单一、松耦合的；当然也可以通过组合的方式，将多个简单的命令组合成一个负责的命令。

可以很方便地实现操作的延迟执行、回滚、重做等。

在分布式架构下，命令模式能够方便地实现异步的数据更新、方法调用等，提升性能。

缺点

命令模式下，调用往往是异步的，而异步会导致系统变得复杂，问题出现时不好定位解决。

随着业务越来越复杂，命令对象也会增多，代码会变得更难维护。

与其他模式的关联

在实现 Undo/Redo 操作时，你通常需要同时使用 命令模式 和备忘录模式。

另外，命令模式 也常常和观察者模式一起出现，比如在 CQRS 架构中，当命令端更新数据库后，写数据库就会通过事件将数据同步到读数据库上，这里就用到了观察者模式。

审核编辑：刘清