【Go实现】实践GoF的23种设计模式:命令模式
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简单的分布式应用系统(示例代码工程):https://github.com/ruanrunxue/Practice-Design-Pattern–Go-Implementation
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
package db// 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
type Command interface {// 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(db Db) // SetDb 设置关联的数据库
}// Transaction Db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
type Transaction struct {name stringdb Db// 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(cmd Command) error {if t.cmds == nil {return ErrTransactionNotBegin}cmd.setDb(t.db)t.cmds = append(t.cmds, cmd)return nil
}
// 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 := range t.cmds {if err := cmd.Exec(); err != nil {history.rollback()return err}history.add(cmd)}return nil
}
// cmdHistory 命令执行历史
type cmdHistory struct {history []Command
}
func (c *cmdHistory) add(cmd Command) {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() {for i := 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
type InsertCmd struct {// 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db DbtableName stringprimaryKey interface{}newRecord interface{}
}
// 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 {return i.db.Insert(i.tableName, i.primaryKey, i.newRecord)
}
func (i *InsertCmd) Undo() {i.db.Delete(i.tableName, i.primaryKey)
}
func (i *InsertCmd) setDb(db Db) {i.db = db
}// UpdateCmd 更新命令
type UpdateCmd struct {...}
// DeleteCmd 删除命令
type DeleteCmd struct {...}
客户端可以这么使用:
func client() {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)if err := 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。
package mainimport ("os/exec"
)// 对应命令模式中的Invoker
func main() {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
package exec// 对应命令模式中的Command
type Cmd struct {...// 对应命令模式中的ReceiverProcess *os.Process...
}// 对应命令模式中Command的执行方法
func (c *Cmd) Run() error {if err := c.Start(); err != nil {return err}return c.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。
文章配图
可以在 用Keynote画出手绘风格的配图 中找到文章的绘图方法。
参考
[1] 【Go实现】实践GoF的23种设计模式:SOLID原则, 元闰子
[2] 【Go实现】实践GoF的23种设计模式:观察者模式, 元闰子
[3] Design Patterns, Chapter 5. Behavioral Patterns, GoF
[4] 命令模式, refactoringguru.cn
[5] The command pattern in Go, rolandjitsu
[6] CQRS 模式, microsoft azure
[7] CQRS Design Pattern in Microservices Architectures, Mehmet Ozkaya
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