Design Pattern Reading - Command Pattern

• 動機：在物件導向開發過程中，我們常常需要兩個或多個物件一起合作，最常見的情況是：一個物件A會命令或要求另外一個物件B去做特定的工作C。舉例來說：我們需要設計一個虛擬遙控器RemoteController，這個RemoteController上面有許多按鈕，不同的按鈕按下去，就會去完成不同的工作：例如Button1會打開客廳的燈；Button2會打開廚房的燈；Button3會開車庫門；Button4會打開電視機。試想在這種情境下，我們會怎麼去設計RemoteController？最直覺的方式是：我們會直接讓RemoteController物件中擁有所有需要操作的物件：客廳燈(Light in living room)、廚房燈(Light in kitchen)、車庫門(Garage Door) 以及電視機(TV)，然後針對不同的Button去定義呼叫不同操作物件的特定方法：例如Button1會去呼叫lightInLivingRoom.on()、Button2會去呼叫lightInKitchen.on()、Button3則去呼叫garageDoor.open()、Button4呼叫tv.on()。乍看之下，這樣的設計似乎很合理，功能跑起來也都正常，但是，軟體開發的過程中，唯一不變的定律就是事情永遠在變。我們的RemoteController使用者添購了新的CD Player，他希望RemoteController可以新增一個功能就是去播放CD。於是乎，設計人員必須改寫RemoteController以便讓它能擁有新的成員:CD Player，同時針對播放CD這個功能，去設計相對應的按鈕。事情還沒結束，使用者換了他們家的電視機，從傳統的TV升級到新的LCD，所以，Button4不管用了，因為RemoteController不認識LCD。噩夢接二連三的到來：每當使用者有新的需求，或是更換了家具，設計人員就得從新改寫一次RemoteController。有沒有比較彈性的作法呢？
• 解決方式：站在巨人的肩膀上，可以幫助我們看到更開闊的視野。感謝前人的聰明才智，他們已經針對這樣的狀況想出漂亮的解決方式：Command Pattern。在先前的設計中，我們讓RemoteController跟它欲呼叫的物件(各種家具)完全綁在一起，套句IT的術語：就是所謂的Tightly Couple。這樣的設計，雖然直覺，卻也造成未來的難以維護與難以擴充。所以說，若我們能將RemoteController以及各種家具分開(decouple)，事情是不是就比較好處理？這也是Command Pattern希望做出來的架構：complete decoupling between the invoker and receiver。所謂的Invoker就是呼叫特定方法(下命令)的物件(在前例中，就是RemoteController)；而Receiver就是接收命令並實際去做事的物件(也就是例子中的傢俱)。而因為Decoupling的緣故，Invoker只需要下命令，而不需要了解Receiver到底長什麼模樣並且如何去完成命令。下面是Command Pattern的Class Diagram與Sequence Diagram:
  
• Command Pattern定義：在Invoker與Receiver之間，多增加一層Command。Invoker所需的Request(或是Command)均被封裝為Command物件，而Invoker並不直接操作Receiver物件，而是操作Command物件。
• 效果：
  
1. Command Pattern將”引發命令的物件(Invoker)”與”知道如何執行的物件(Receiver)”隔離開來。
2. Command可和一般物件一樣使用與擴充。
3. 容易新增新的Command類別，而不必去更改現有的類別
• 後續延伸思考之Undo機制的建立：在Command新增undo()→在ConcreteCommand中定義undo()→在Invoker中建立一個member: undoCommand的機制以儲存先前執行的command。→在Invoker中新增undo method，並在其中呼叫undoCommand.undo()。
• 後續延伸思考之MacroCommand：可將個別Command物件組合成複合命令，形成MacroCommand。
• 後續延伸思考之Command Pattern在Struts Framework中的應用：
  

  Struts Framework Role	Command Pattern Role
  Web Container	Client
  RequestProcessor	Invoker
  Action	Command
  Model	Receiver

• Sample Code：

  RemoteController.java
  import java.util.*;
  public class RemoteController {
  private Map commands;
  
  public RemoteController() {
  commands = new HashMap();
  }
  
  public void addCommand(String commName,
  ICommand command) {
  commands.put(commName, command);
  }
  
  public void request(String commName) {
  ICommand command = (ICommand) commands.get(commName);
  command.execute();
  }
  }
  
  ICommand.java
  public interface ICommand {
  public void execute();
  }
  
  OpenGarageDoorCommand.java
  public class OpenGarageDoorCommand implements ICommand {
  private GarageDoor door;
  
  public OpenGarageDoorCommand (GarageDoor door) {
  this. door = door;
  }
  
  public void execute() {
  door.open();
  }
  }
  
  CDPlayerOnCommand.java
  public class CDPlayerOnCommand implements ICommand {
  private CDPlayer player;
  
  public CDPlayerOnCommand(CDPlayer player) {
  this.player = player;
  }
  
  public void execute() {
  player.on();
  player.setCd(“ABBA”);
  player.setVolume(10);
  }
  }
  
  Client.java
  public class Client {
  public static void main(String[] args) {
  RemoteController controller = new RemoteController ();
  
  GarageDoor door = new GarageDoor();
  CDPlayer player = new CDPlayer();
  
  OpenGarageDoorCommand command1 = new OpenGarageDoorCommand();
  CDPlayerOnCommand command2 = new CDPlayerOnCommand();
  
  controller.addCommand("OpenGarageDoor", command1);
  
  controller.addCommand("CDPlayerOn", command2);
  
  //simulate random request
  String[] req = {"OpenGarageDoor", "CDPlayerOn"};
  while(true) {
  int i = (int) (Math.random() * 10) % 2;
  controller.request(req[i]);
  }
  }
  }