34.1 搬移UNIX的命令-设计模式之禅在线阅读

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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。

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。

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。

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"lsl/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。

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
file2
file3
file4";
}
//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
";
str = str + "drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file2
";
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 = ".
..
file1
file2
file3";
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 buildChain(Class abstractClass) {
//取出所有的命令名下的子类
List classes = ClassUtils.getSonClass(abstractClass);
//存放命令的实例，并建立链表关系List commandNameList = new ArrayList();
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 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 getSonClass(Class fatherClass) {
//定义一个返回值
List returnClassList = new ArrayList();
//获得包名称
String packageName = fatherClass.getPackage().getName();
//获得包中的所有类
List 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 getClasses(String packageName) {
ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
String path = packageName.replace(''.'', ''/'');
Enumeration resources = null;
try {
resources = classLoader.getResources(path);
}
catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();
}

List dirs = new ArrayList();
while (resources.hasMoreElements()) {
URL resource = resources.nextElement();
dirs.add(new File(resource.getFile()));
}

ArrayList classes = new ArrayList();
for (File directory : dirs) {
classes.addAll(findClasses(directory, packageName));
}
return classes;
}
private static List findClasses(File directory, String packageName) {
List classes = new ArrayList();
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 paramList = new ArrayList();
//操作数列表
private ArrayList dataList = new ArrayList();
//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 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 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 getNames() {
CommandEnum[] commandEnum = CommandEnum.values();
List names = new ArrayList();
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 file1drw-rw-rw root system 1024 2009-8-20 10:23 file2drw-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。

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 "/    10485760
/usr    104857600
/home    1048576000
";
}
//按照kb来计算
public static String df_k() {
return "/    10240
/usr    102400
/home    t10240000
";
}
//按照gb计算
public static String df_g() {
return "/    10
/usr    100
/home    t10000
";
}
}

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 getNames() {
CommandEnum[] commandEnum = CommandEnum.values();
List names = new ArrayList();
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。

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