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第34章 命令模式+责任链模式 34.1 搬移UNIX的命令 在操作系统的世界里,有两大阵营一直在PK着:*nix(包括UNIX和Linux)和Windows。从目前的统计数据来看,*nix在应用服务器领域占据相对优势,不过Windows也不甘示弱,国内某些小型银行已经在使用PC Server(安装Windows操作系统的服务器)集群来进行银行业务运算,而且稳定性、性能各方面的效果不错;而在个人桌面方面,Windows是占绝对优势的,大家应该基本上都在用这个操作系统,它的诸多优点这里就不多说了,我们今天就来解决一个习惯问题。如果你负责过UNIX系统维护,你自己的笔记本又是Windows操作系统的话,我想你肯定有这样的经验,如图34-1所示。 ![](https://box.kancloud.cn/2016-08-14_57b0036f9c36d.jpg) 图34-1 时常犯的错误 是不是经常把UNIX上的命令敲到Windows系统了?为了避免这种情况发生,可以把UNIX上的命令移植到Windows上,也就是Windows下的shell工具,有很多类似的工具,比如cygwin、GUN Bash等,这些都是非常完美的工具,我们今天的任务就是自己写一个这样的工具。怎么写呢?我们学了这么多的模式,当然要融会贯通了,可以使用命令模式、责任链模式、模板方法模式设计一个方便扩展、稳定的工具。 我们先说说UNIX下的命令,一条命令分为命令名、选项和操作数,例如命令"ls-l/usr",其中,ls是命令名,l是选项,/usr是操作数,后两项都是可选项,根据实际情况而定。UNIX命令一定遵守以下几个规则: ● 命令名为小写字母。 ● 命令名、选项、操作数之间以空格分隔,空格数量不受限制。 ● 选项之间可以组合使用,也可以单独拆分使用。 ● 选项以横杠(-)开头。 在UNIX世界中,我们最常用的就是ls这个命令,它用于显示目录或文件信息,下面我们先来看看这个命令。常用的有以下几条组合命令: ● ls:简单列出一个目录下的文件。 ● ls-l:详细列出目录下的文件。 ● ls-a:列出目录下包含的隐藏文件,主要是点号(.)开头的文件。 ● ls-s:列出文件的大小。 除此之外,还有一些非常常用的组合命令,如"ls-la"、"ls-ls"等。ls命令名确定了,但是其后连接的选项和操作数是不确定的。操作数我们不用关心它,每个命令必然有一个操作数,若没有则是当前的目录。问题的关键是选项,用哪个选项以及什么时候使用都是由用户决定的,也就是从设计上考虑。设计者需要完全解析所有的参数,需要很多个类来处理如此多的选项,客户输入一个参数,立刻返回一个结果。针对一个ls命令族,要求如下: ● 每一个ls命令都有操作数,默认操作数为当前目录。 ● 选项不可重复,例如对于"ls-l-l-s",解析出的选项应该只有两个:l选项和s选项。 ● 每个选项返回不同的结果,也就是说每个选项应该由不同的业务逻辑来处理。 ● 为提高扩展性,ls命令族内的运算应该是对外封闭的,减少外界访问ls命令族内部细节的可能性。 针对一个命令族的分析结果,我们可以使用什么模式?责任链模式!对,只要把一个参数传递到链首,就可以立刻获得一个结果,中间是如何传递的以及由哪个逻辑解析都不需要外界(高层)模块关心,该模块的类图如图34-2所示。 ![](https://box.kancloud.cn/2016-08-14_57b0036fb751c.jpg) 图34-2 命令族的解析类图 类图还是比较清晰的,UNIX的命令有上百个,我们定义一个CommandName抽象类,所有的命令都继承于该类,它就是责任链模式的handler类,负责链表控制;每个命令族都有一个独立的抽象类,因为每个命令族都有其独特的个性,比如ls命令和df命令,其后可加的参数是不一样的,这就可以在抽象类AbstractLS中定义,而且它还有标示作用,标示其下的实现类都是实现ls命令的,只是命令的选项不同;Context负责建立一条命令的链表,比如ls命令族、df命令族等,它组装出一个处理一个命令族的责任链,并返回首节点供高层模块调用,这是非常典型的责任链模式。 分析完毕一个具体的命令族,已经确定可以采用责任链模式,我们继续往下分析。UNIX命令非常多,敲一个命令返回一个结果,每个具体的命令可以由相关的命令族(也就是责任链)来解析,但是如此多的命令还是需要有一个派发的角色,输入一个命令,不管后台谁来解析,返回一个结果就成,这就要用到命令模式。命令模式负责协调各个命令正确地传递到各个责任链的首节点,这就是它的任务,其类图如图34-3所示。 ![](https://box.kancloud.cn/2016-08-14_57b0036fccb28.jpg) 图34-3 命令传递类图 是不是典型的命令模式类图?其中Chain是一个标示符,表示的就是我们上面分析的责任链,每一个具体的命令负责调用责任链的首节点,获得返回值,结束命令的执行。两个核心模块都分析完毕了,就可以把类图融合在一起,完整的类图如图34-4所示。 这个类图还是比较简单的,我们来看一下各个类的职责。 ● ClassUtils ClassUtils是工具类,其主要职责是根据一个接口、父类查找到所有的子类。在不考虑效率的应用中,使用该类可以带来非常好的扩展性。 ● CommandVO CommandVO是命令的值对象,它把一个命令解析为命令名、选项、操作数,例如"ls-l/usr"命令分别解析为getCommandName、getParam、getData三个方法的返回值。 ● CommandEnum CommandEnum是枚举类型,是主要的命令配置文件。为什么需要枚举类型?这是JDK 1.5提供的一个非常好的功能,我们在程序中再讲解如何使用它。 所有的分析都已经完成了,我们来看看程序。程序不复杂,看看类图,应该先写命令的解释,这是项目的核心。我们先来看CommandName抽象类,如代码清单34-1所示。 ![](https://box.kancloud.cn/2016-08-14_57b00370022dd.jpg) 图34-4 完整类图 代码清单34-1 抽象命令名类 public abstract class CommandName {      private CommandName nextOperator;      public final String handleMessage(CommandVO vo){              //处理结果              String result = "";                        //判断是否是自己处理的参数              if(vo.getParam().size() == 0 || vo.getParam().contains (this.getOperateParam())){                      result = this.echo(vo);              }else{                      if(this.nextOperator !=null){                              result = this.nextOperator.handleMessage(vo);                      }else{                              result = "命令无法执行";                      }              }              return result;      }      //设置剩余参数由谁来处理      public void setNext(CommandName _operator){              this.nextOperator = _operator;      }      //每个处理者都要处理一个后缀参数      protected abstract String getOperateParam();      //每个处理者都必须实现处理任务      protected abstract String echo(CommandVO vo); } 很简单,就是责任链模式中的handler,也就是中控程序,控制一个链应该如何建立。我们再来看3个ls命令族,先看AbstractLS抽象类,如代码清单34-2所示。 代码清单34-2 抽象ls命令 public abstract class AbstractLS extends CommandName{      //默认参数      public final static String DEFAULT_PARAM = "";      //参数a      public final static String A_PARAM ="a";      //参数l      public final static String L_PARAM = "l"; } 很惊讶,是吗?怎么是个空的抽象类?是的,确实是一个空类,只定义了3个参数名称,它有两个职责: ● 标记ls命令族。 ● 个性化处理。 因为现在还没有思考清楚ls有什么个性(可以把命令的选项也认为是其个性化数据),所以先写个空类放在这里,以后想清楚了再填写上去,留下一些可扩展的类也许会给未来带来不可估量的优点。 我们再来看ls不带任何参数的命令处理,如代码清单34-3所示。 代码清单34-3 ls命令 public class LS extends AbstractLS {      //最简单的ls命令      protected String echo(CommandVO vo) {              return FileManager.ls(vo.formatData());      }      //参数为空      protected String getOperateParam() {              return super.DEFAULT_PARAM;      } } 太简单了,首先定义了自己能处理什么样的参数,即只能处理不带参数的ls命令,getOperateParam返回一个长度为零的字符串,就是说该类作为链上的一个节点,只处理没有参数的ls命令。echo方法是执行ls命令,通过调用操作系统相关的命令返回结果。我们再来看ls -l命令,如代码清单34-4所示。 代码清单34-4 ls-l命令 public class LS_L extends AbstractLS {      protected String echo(CommandVO vo) {              return FileManager.ls_l(vo.formatData());      }      //l选项      protected String getOperateParam() {              return super.L_PARAM;      } } 该类只处理选项为"l"的命令,也非常简单。ls-a命令的处理与此类似,如代码清单34-5所示。 代码清单34-5 ls-a命令 public class LS_A extends AbstractLS {      //ls -a命令      protected String echo(CommandVO vo) {              return FileManager.ls_a(vo.formatData());      }      protected String getOperateParam() {              return super.A_PARAM;      } } 这3个实现类都关联到了FileManager,这个类有什么用呢?它是负责与操作系统交互的。要把UNIX的命令迁移到Windows上运行,就需要调用Windows的低层函数,实现起来较复杂,而且和我们本章要讲的内容没有太大关系,所以这里采用示例性代码代替,如代码清单34-6所示。 代码清单34-6 文件管理类 public class FileManager {      //ls命令      public static String ls(String path){              return "file1\nfile2\nfile3\nfile4";      }      //ls -l命令      public static String ls_l(String path){              String str = "drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file1\n";              str = str + "drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file2\n";              str = str + "drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file3";              return str;      }      //ls -a命令      public static String ls_a(String path){              String str = ".\n..\nfile1\nfile2\nfile3";              return str;      } } 以上都是比较简单的方法,大家有兴趣可以自己实现一下,以下提供3种思路: ● 通过java.io.File类自己封装出类似UNIX的返回格式。 ● 通过java.lang.Runtime类的exec方法执行dos的dir命令,产生类似的ls结果。 ● 通过JNI(Java Native Interface)来调用与操作系统有关的动态链接库,当然前提是需要自己写一个动态链接库文件。 3个具体的命令都已经解析完毕,我们再来看看如何建立一条处理链,由于建链的任务已经移植到抽象命令类,我们就先来看抽象类Command,如代码清单34-7所示。 代码清单34-7 抽象命令 public abstract class Command {      public abstract String execute(CommandVO vo);      //建立链表      protected final List<? extends CommandName> buildChain(Class<? extends CommandName> abstractClass){              //取出所有的命令名下的子类              List<Class> classes = ClassUtils.getSonClass(abstractClass);              //存放命令的实例,并建立链表关系              List<CommandName> commandNameList = new ArrayList<CommandName>();              for(Class c:classes){                      CommandName commandName =null;                      try {                              //产生实例                              commandName = (CommandName)Class.forName (c.getName()) .newInstance();                      } catch (Exception e){                              // TODO 异常处理                      }                      //建立链表                      if(commandNameList.size()>0){                              commandNameList.get(commandNameList.size()-1).setNext (commandName);                      }                      commandNameList.add(commandName);              }              return commandNameList;      } } Command抽象类有两个作用:一是定义命令的执行方法,二是负责命令族(责任链)的建立。其中buildChain方法负责建立一个责任链,它通过接收一个抽象的命令族类就可以建立一条命令解析链,如传递AbstarctLS类就可以建立一条解析ls命令族的责任链,请读者注意如下这句代码: commandName = (CommandName)Class.forName(c.getName()).newInstance(); 在一个遍历中,类中的每个元素都是一个类名,然后根据类名产生一个实例,它会抛出异常,例如类文件不存在、初始化失败等,读者在设计时要实现该部分的异常。我们再来想一下,每个实现类的类名是如何取得的呢?看下面这句代码: List<Class> classes = ClassUtils.getSonClass(abstractClass); 根据一个父类取得所有子类,是一个非常好的工具类,其实现如代码清单34-8所示。 代码清单34-8 根据父类获得子类 public class ClassUtils {      //根据父类查找到所有的子类,默认情况是子类和父类都在同一个包名下      public static List<Class> getSonClass(Class fatherClass){           //定义一个返回值           List<Class> returnClassList = new ArrayList<Class>();           //获得包名称           String packageName = fatherClass.getPackage().getName();           //获得包中的所有类           List<Class>  packClasses = getClasses(packageName);           //判断是否是子类           for(Class c:packClasses){                if(fatherClass.isAssignableFrom(c) && !fatherClass.equals(c)){                     returnClassList.add(c);                }           }           return returnClassList;      }      //从一个包中查找出所有的类,在jar包中不能查找      private static List<Class> getClasses(String packageName) {           ClassLoader classLoader = Thread.currentThread()                     .getContextClassLoader();           String path = packageName.replace('.', '/');           Enumeration<URL> resources = null;           try {                resources = classLoader.getResources(path);           } catch (IOException e) {                // TODO Auto-generated catch block                e.printStackTrace();           }           List<File> dirs = new ArrayList<File>();           while (resources.hasMoreElements()) {                URL resource = resources.nextElement();                dirs.add(new File(resource.getFile()));           }           ArrayList<Class> classes = new ArrayList<Class>();           for (File directory : dirs) {                classes.addAll(findClasses(directory, packageName));           }           return classes;      }      private static List<Class> findClasses(File directory, String packageName) {         List<Class> classes = new ArrayList<Class>();         if (!directory.exists()) {             return classes;         }         File[] files = directory.listFiles();         for (File file : files) {             if (file.isDirectory()) {                 assert !file.getName().contains(".");                 classes.addAll(findClasses(file, packageName + "." + file.getName()));             } else if (file.getName().endsWith(".class")) {                 try {         classes.add(Class.forName(packageName + '.' + file.getName() .substring(0, file.getName().length() - 6)));                     } catch (ClassNotFoundException e) {                          e.printStackTrace();                     }             }         }         return classes;     } } 这个类请大家谨慎使用,在核心的应用中尽量不要使用该工具,它会严重影响性能。 再来看LSCommand类的实现,如代码清单34-9所示。 代码清单34-9 具体的ls命令 public class LSCommand extends Command{      public String execute(CommandVO vo){              //返回链表的首节点              CommandName firstNode = super.buildChain(AbstractLS.class).get(0);              return firstNode.handleMessage(vo);      } } 很简单的方法,先建立一个命令族的责任链,然后找到首节点调用。在该类中我们使用CommandVO类,它是一个封装对象,其代码如代码清单34-10所示。 代码清单34-10 命令对象 public class CommandVO {      //定义参数名与参数的分隔符号,一般是空格      public final static String DIVIDE_FLAG =" ";      //定义参数前的符号,Unix一般是-,如ls -la      public final static String PREFIX="-";      //命令名,如ls、du      private String commandName = "";      //参数列表      private ArrayList<String> paramList = new ArrayList<String>();      //操作数列表      private ArrayList<String> dataList = new ArrayList<String>();      //通过构造函数传递进来命令      public CommandVO(String commandStr){              //常规判断              if(commandStr != null && commandStr.length() !=0){                      //根据分隔符号拆分出执行符号                      String[] complexStr = commandStr.split(CommandVO.DIVIDE_FLAG);                      //第一个参数是执行符号                      this.commandName = complexStr[0];                      //把参数放到List中                      for(int i=1;i<complexStr.length;i++){                              String str = complexStr[i];                              //包含前缀符号,认为是参数                              if(str.indexOf(CommandVO.PREFIX)==0){                              this.paramList.add(str.replace                              (CommandVO.PREFIX, "").trim());                              }else{                                      this.dataList.add(str.trim());                              }                      }              }else{                      //传递的命令错误                      System.out.println("命令解析失败,必须传递一个命令才能执行!");              }      }      //得到命令名      public String getCommandName(){              return this.commandName;      }      //获得参数      public ArrayList<String> getParam(){              //为了方便处理空参数              if(this.paramList.size() ==0){                      this.paramList.add("");              }                        return new ArrayList(new HashSet(this.paramList));      }      //获得操作数      public ArrayList<String> getData(){              return this.dataList;      } } CommandVO解析一个命令,规定一个命令必须有3项:命令名、选项、操作数。如果没有呢?那就以长度为零的字符串代替,通过这样的一个约定可以大大降低命令解析的开发工作。注意getParam参数中的返回值: new ArrayList(new HashSet(this.paramList)); 为什么要这么处理?HashSet具有值唯一的优点,这样处理就是为了避免出现两个相同的参数,比如对于"ls-l-l-s"这样的命令,通过getParam返回的参数是几个呢?回答是两个:l选项和s选项。 我们再来看Invoker类,它是负责命令分发的类,如代码清单34-11所示。 代码清单34-11 命令分发 public class Invoker {      //执行命令      public String  exec(String _commandStr){              //定义返回值              String result = "";              //首先解析命令              CommandVO vo = new CommandVO(_commandStr);              //检查是否支持该命令              if(CommandEnum.getNames().contains(vo.getCommandName())){                   //产生命令对象                   String className = CommandEnum.valueOf (vo.getCommandName()) .getValue();                   Command command;                   try {                        command = (Command)Class.forName(className).newInstance();                        result = command.execute(vo);                   }catch(Exception e){                        // TODO 异常处理                   }                             }else{                   result = "无法执行命令,请检查命令格式";              }              return result;      } } 实现也是比较简单的,从CommandEnum中获得命令与命令类的配置信息,然后建立一个命令实例,调用其execute方法,完成命令的执行操作。CommandEnum类是一个枚举类型,如代码清单34-12所示。 代码清单34-12 命令配置对象 public enum CommandEnum {      ls("com.cbf4life.common.command.LSCommand");      private String value = "";      //定义构造函数,目的是Data(value)类型的相匹配      private CommandEnum(String value){              this.value = value;      }      public String getValue(){              return this.value;      }      //返回所有的enum对象      public static List<String> getNames(){              CommandEnum[] commandEnum = CommandEnum.values();              List<String> names = new ArrayList<String>();              for(CommandEnum c:commandEnum){                      names.add(c.name());              }              return names;      } } 为什么要用枚举类型?用一个接口来管理也是很容易实现的。注意CommandEnum中的构造函数CommandEnum(String value)和getValue类,没有新建一个Enum对象,但是可以直接使用CommandEnum.ls.getValue方法获得值,这就是Enum类型的独特地方。再看下面: ls("com.cbf4life.common.command.LSCommand"); 是不是很特别?是的,枚举的基本功能就是定义默认可选值,但是Java中的枚举功能又增强了很多,可以添加方法和属性,基本上就是一个特殊的类。若要详细了解Enum,读者可以翻阅一下相关语法书。 现在剩下的工作就是写一个Client类,然后看看运行情况如何,如代码清单34-13所示。 代码清单34-13 场景类 public class Client {      public static void main(String[] args) throws IOException {              Invoker invoker = new Invoker();              while(true){                      //UNIX下的默认提示符号                      System.out.print("#");                      //捕获输出                      String input = (new BufferedReader(new InputStreamReader (System.in))).readLine();                      //输入quit或exit则退出                      if(input.equals("quit") || input.equals("exit")){                              return;                      }                      System.out.println(invoker.exec(input));              }      } } Client也很简单,通过一个while循环允许使用者持续输入,然后打印出返回值,运行结果如下: #ls file1 file2 file3 file4 #ls -l drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file1 drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file2 drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file3 #ls -a . .. file1 file2 file3 #quit 我们已经实现了在Windows下操作UNIX命令的功能,但是仅仅一个ls命令族是不够的,我们要扩展,把一百多个命令都扩展出来,怎么扩展呢?现在增加一个df命令族,显示磁盘的大小,只要增加类图就成,如图34-5所示。 ![](https://box.kancloud.cn/2016-08-14_57b003701921f.jpg) 图34-5 扩展df命令后的类图 仅仅增加了粗框的部分,也就是增加DFCommand、AbstractDF以及实现类就可以完成扩展功能。先看AbstractDF代码,如代码清单34-14所示。 代码清单34-14 df命令的抽象类 public abstract class AbstractDF extends CommandName {      //默认参数      public final static String DEFAULT_PARAM = "";      //参数k      public final static String K_PARAM = "k";      //参数g      public final static String G_PARAM = "g"; } 与前面一样的功能,定义选项名称。接下来是三个实现类,都非常简单,如代码清单34-15所示。 代码清单34-15 df命令的具体实现类 public class DF extends AbstractDF{      //定义一下自己能处理什么参数      protected String getOperateParam() {              return super.DEFAULT_PARAM;      }      //命令处理      protected String echo(CommandVO vo) {              return DiskManager.df();      } } public class DF_K extends AbstractDF{      //定义一下自己能处理什么参数      protected String getOperateParam() {              return super.K_PARAM;      }      //命令处理      protected String echo(CommandVO vo) {              return DiskManager.df_k();      } } public class DF_G extends AbstractDF{      //定义一下自己能处理什么参数      protected String getOperateParam() {              return super.G_PARAM;      }      //命令处理      protected String echo(CommandVO vo) {              return DiskManager.df_g();      } } 每个选项的实现类都定义了自己能解析什么命令,然后通过echo方法返回执行结果。在三个实现类中都与DiskManager类有关联关系,该类负责与操作系统有关的功能,是必须要实现的,其示例代码如代码清单34-16所示。 代码清单34-16 磁盘管理 public class DiskManager {      //默认的计算大小      public static String df(){              return "/\t10485760\n/usr\t104857600\n/home\t1048576000\n";      }      //按照kb来计算      public static String df_k(){              return "/\t10240\n/usr\t102400\n/home\tt10240000\n";      }      //按照gb计算      public static String df_g(){              return "/\t10\n/usr\t100\n/home\tt10000\n";      } } 以上为示例代码,若要实际计算磁盘大小,可以使用JNI的方式或者执行操作系统的命令的方式获得,特别是JDK 1.6提供了获得一个root目录大小的方法。 然后再增加一个DFCommand命令,负责执行命令,如代码清单34-17所示。 代码清单34-17 可执行的df命令 public class DFCommand extends Command {      public String execute(CommandVO vo) {              return super.buildChain(AbstractDF.class).get(0).handleMessage(vo);      } } 最后一步,修改一下CommandEnum配置,增加一个枚举项,如代码清单34-18所示。 代码清单34-18 增加后的枚举项 public enum CommandEnum {      ls("com.cbf4life.common.command.LSCommand"),      df("com.cbf4life.common.command.DFCommand");      private String value = "";           //定义构造函数,目的是Data(value)类型的相匹配      private CommandEnum(String value){              this.value = value;      }      public String getValue(){              return this.value;      }      //返回所有的enum对象      public static List<String> getNames(){              CommandEnum[] commandEnum = CommandEnum.values();              List<String> names = new ArrayList<String>();              for(CommandEnum c:commandEnum){                      names.add(c.name());              }              return names;      } } 运行结果如下所示: #ls file1 file2 file3 file4 #df / 10485760 /usr 104857600 /home 1048576000 #df -k / 10240 /usr 102400 /home t10240000 #df -g / 10 /usr 100 /home t10000 # 仅仅增加类就完成了变更,这才是我们要的结果:对修改关闭,对扩展开放。