设计模式与范式 --- 结构型模式(桥接模式)

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS PostgreSQL,高可用系列 2核4GB
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: 设计模式与范式 --- 结构型模式(桥接模式)

写在前



Decouple an abstraction from its implementation so that the two can vary independently.

解耦抽象和实现,使得两者可以独立的变化。

桥接模式遵循了里式替换原则和依赖倒置原则,最终实现了开闭原则


桥接模式 的核心在于 解耦抽象和实现,类似于多重继承方案,但是多重继承方案往往违背了类得单一职责原则,其复用性比较差,桥接模式 是比多重继承更好的替代方案。


:此处的 抽象 并不是指 抽象类或 接口这种高层概念,实现 也不是 继承 或 接口实现 。抽象 与 实现 其实指的是两种独立变化的维度。其中,抽象 包含 实现,因此,一个抽象类的变化可能涉及到多种维度的变化导致的。


主要解决的问题:


当一个类内部具备两种或多种变化维度时,使用 桥接模式 可以解耦这些变化的维度,使高层代码架构稳定。


1.应用举例1



桥接模式的一个经典应用就是JDBC驱动,示例如下:

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");//加载及注册JDBC驱动程序
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/sample_db?user=root&password=your_password";
Connection con = DriverManager.getConnection(url);
Statement stmt = con.createStatement();
String query = "select * from test";
ResultSet rs = stmt.executeQuery(query);
while(rs.next()) {
  rs.getString(1);
  rs.getInt(2);
}


如果我们想要把 MySQL 数据库换成 Oracle 数据库,有两种方案:


  • 把第一行代码中的 com.mysql.jdbc.Driver 换成 oracle.jdbc.driver.OracleDriver
  • 把需要加载的 Driver 类写到配置文件中,当程序启动的时候,自动从配置文件中加载,这样在切换数据库的时候,我们都不需要修改代码,只需要修改配置文件就可以了。


不管是改代码还是改配置,在项目中,从一个数据库切换到另一种数据库,都只需要改动很少的代码,或者完全不需要改动代码,那如此优雅的数据库切换是如何实现的呢?要弄清楚这个问题,我们先从 com.mysql.jdbc.Driver 这个类的代码看起。

package com.mysql.jdbc;
import java.sql.SQLException;
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    static {
        try {
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
    }
    /**
    * Construct a new driver and register it with DriverManager
    * @throws SQLException if a database error occurs.
    */
    public Driver() throws SQLException {
        // Required for Class.forName().newInstance()
    }
}


结合 com.mysql.jdbc.Driver 的代码实现,我们可以发现,当执行 Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”) 这条语句的时候,实际上是做了两件事情:


  • 第一件事情是要求 JVM 查找并加载指定的 Driver 类。
  • 第二件事情是执行该类的静态代码,也就是将 MySQL Driver 注册到 DriverManager 类中。


当我们把具体的 Driver 实现类(比如,com.mysql.jdbc.Driver)注册到 DriverManager 之后,后续所有对 JDBC 接口的调用,都会委派到对具体的 Driver 实现类来执行。而 Driver 实现类都实现了相同的接口(java.sql.Driver),这也是可以灵活切换 Driver 的原因。下面看下 DriverManager 的具体代码。

public class DriverManager {
  private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<DriverInfo>();
  //...
  static {
    loadInitialDrivers();
    println("JDBC DriverManager initialized");
  }
  //...
  public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver) throws SQLException {
    if (driver != null) {
      registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver));
    } else {
      throw new NullPointerException();
    }
  }
  public static Connection getConnection(String url, String user, String password) throws SQLException {
    java.util.Properties info = new java.util.Properties();
    if (user != null) {
      info.put("user", user);
    }
    if (password != null) {
      info.put("password", password);
    }
    return (getConnection(url, info, Reflection.getCallerClass()));
  }
  //...
}


在 JDBC 这个例子中,什么是“抽象”?什么是“实现”呢?


  • 实际上,JDBC 本身就相当于“抽象”。注意,这里所说的“抽象”,指的并非“抽象类”或“接口”,而(JDBC)是跟具体的数据库无关的、被抽象出来的一套“类库”,是抽象的。
  • 具体的 Driver(比如,com.mysql.jdbc.Driver)就相当于“实现”。注意,这里所说的“实现”,也并非指“接口的实现类”,而(具体的Driver)是跟具体数据库相关的一套“类库,是实现的”。


JDBC 和 Driver 独立开发,通过对象之间的组合关系,组装在一起。JDBC 的所有逻辑操作,最终都委托给 Driver 来执行。


2.应用举例2



下面给出API接口监控告警的例子,关于发送告警信息那部分代码,给出简单的实现:

public enum NotificationEmergencyLevel {
  SEVERE, URGENCY, NORMAL, TRIVIAL
}
public class Notification {
  private List<String> emailAddresses;
  private List<String> telephones;
  private List<String> wechatIds;
  public Notification() {}
  public void setEmailAddress(List<String> emailAddress) {
    this.emailAddresses = emailAddress;
  }
  public void setTelephones(List<String> telephones) {
    this.telephones = telephones;
  }
  public void setWechatIds(List<String> wechatIds) {
    this.wechatIds = wechatIds;
  }
  public void notify(NotificationEmergencyLevel level, String message) {
    if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.SEVERE)) {
      //...自动语音电话
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.URGENCY)) {
      //...发微信
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.NORMAL)) {
      //...发邮件
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.TRIVIAL)) {
      //...发邮件
    }
  }
}
//在API监控告警的例子中,我们如下方式来使用Notification类:
public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler {
  public ErrorAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification){
    super(rule, notification);
  }
  @Override
  public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) {
    if (apiStatInfo.getErrorCount() > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxErrorCount()) {
        notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
    }
  }
}


上述存在的问题:Notification最明显的问题,含有很多if-else分支逻辑。

解决方案:将不同渠道发送逻辑剥离出来,形成独立的消息发送类(MsgSender相关类),这样Notification类相当于抽象,MsgSender相关类相当于实现,两者可以进行独立开发,通过组合关系(也就是桥梁)任意组合在一起。代码如下:

public interface MsgSender {
  void send(String message);
}
public class TelephoneMsgSender implements MsgSender {
  private List<String> telephones;
  public TelephoneMsgSender(List<String> telephones) {
    this.telephones = telephones;
  }
  @Override
  public void send(String message) {
    //...
  }
}
public class EmailMsgSender implements MsgSender {
  // 与TelephoneMsgSender代码结构类似,所以省略...
}
public class WechatMsgSender implements MsgSender {
  // 与TelephoneMsgSender代码结构类似,所以省略...
}
public abstract class Notification {
  protected MsgSender msgSender;
  public Notification(MsgSender msgSender) {
    this.msgSender = msgSender;
  }
  public abstract void notify(String message);
}
public class SevereNotification extends Notification {
  public SevereNotification(MsgSender msgSender) {
    super(msgSender);
  }
  @Override
  public void notify(String message) {
    msgSender.send(message);
  }
}
public class UrgencyNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似,所以省略...
}
public class NormalNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似,所以省略...
}
public class TrivialNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似,所以省略...
}


3.总结与补充



(1)优缺点


优点:


  • 抽象与实现分离:这是桥接模式的主要特点,也是避免使用继承主要原因,这使得两者的变化不会对另一方产生影响。
  • 优秀的扩展能力:桥接模式的出现就是为了解决多个独立变化的维度的耦合,其高层模块聚合关系已经确定(稳定)。因此,无论是抽象变化还是现实变化,只要对其进行扩展即可,高层代码无需任何更改即可接收扩展。高层代码依赖抽象,遵循依赖倒置原则。


缺点:由于聚合关系建立在抽象层,要求开发者对抽象进行设计与编程,因此增加了系统的理解与设计难度。


(2)主要应用场景


  • 一个类存在两个(或多个)独立变化的维度,且这两个维度都需要进行扩展;
  • 不希望或不适合使用继承的场景(常用的场景就是为了替换继承);


注:继承具有抽象、封装、多态等,父类封装共性,子类实现特性。但由于这种强侵入性(父类代码侵入子类代码,导致子类代码臃肿),所以我们推荐多使用组合,少使用继承的设计模式!具体使用还是要考虑现实场景!!


4.参考



极客时间《设计模式之美》 ----- 王争

https://www.jianshu.com/p/7d8a2aae0041

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