设计模式学习笔记 - 设计模式与范式 -结构型：2.桥接模式：如何实现支持不同类型和渠道的消息推送系统？

news2024/9/23 15:30:24

概述

今天学习另外一种结构型模式：桥接模式。桥接模式的代码实现非常简单，但是理解起来稍微优点难度，并且应用场景也比较局限，所以，相对于代理模式来说，桥接模式在实际的项目中并没有那么常用，你只需要简单了解即可，见到了能认识就可以了。

桥接模式的原理解析

桥接模式，也叫做 “桥梁模式”，它是 23 种设计模式中最难理解的模式之一了。对于这个模式有两个不同的理解方式。

  • 在 GoF 的《设计模式》一书中，桥接模式是这么定义的：“Decouple an abstraction from its implementation so that the two can vary independently。” 翻译成中文就是：“MsgSender”。
  • 还有另一种理解方式：“一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，我们通过组合的方式，让这两个（多多个）维度可以独立进行扩展。” 通过组合关系来替代继承关系，避免继承层次的指数级爆炸。这种理解方式非常类似于，之前讲过的 “组合优于继承” 设计原则，所以，这里就不多做解释了。

我们重点看下 GoF 的理解方式。GoF 给出的定义非常简短，单凭这一句话，估计没几个人能看懂事什么意思。所以，我们通过 JDBC 驱动的例子来解释下。JDBC 驱动是桥接模式的经典应用。我们来看一下，如何利用 JDBC 驱动来查询数据库。具体的代码如下所示。

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
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，只要把第一行代码中的 com.mysql.jdbc.Driver 就可以了。当然，也有更灵活的实现方式，我们可以把需要加载的 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兹安，这样在切换数据的时候，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个种数据库，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？

源码之下无秘密。要弄清楚这个问题，我们先从 com.mysql.jdbc.Driver 这个类的代码看起。下面是少部分相关代码，放到了这里，你可以看一下。

package com.mysql.cj.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，可以发现，当执行 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") 这条语句时，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，是执行改类的静态代码，也就是将 MySQL Driver 注册到 DriverManager 类中。

现在，再看下， DriverManager 类是干什么的。具体代码如下所示。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。

public class DriverManager {
    // List of registered JDBC drivers
    private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();

    /**
     * Load the initial JDBC drivers by checking the System property
     * jdbc.properties and then use the {@code ServiceLoader} mechanism
     */
    static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }
    
    // ...
    
    public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver,
            DriverAction da)
        throws SQLException {

        /* Register the driver if it has not already been added to our list */
        if(driver != null) {
            registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
        } else {
            // This is for compatibility with the original DriverManager
            throw new NullPointerException();
        }

        println("registerDriver: " + driver);

    }

	@CallerSensitive
    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()));
    }
    
    // ...

}

桥接模式的定义是 “将抽象和实现解耦，让它们可以独立变化”。弄懂 “抽象” 和 “实现” 两个概念，是理解桥接模式的关键。

  • 在 JDBC 例子中，JDBC 本身相当于抽象。注意，这里说的 “抽象”，并非指 “抽象类” 或 “接口”，而是根具体的数据库无关的、被抽象出来的一套 “类库”。
  • 具体的 Driver （比如，com.mysql.jdbc.Driver）就相当于实现。这里说的 “实现”，并非指 “接口的实现类”，而是根具体的数据库相关的一套 “类库”。

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。

下面画一张图帮你你理解。

在这里插入图片描述

桥接模式的应用举例

在 《设计原则 - 2.开闭原则》中，我们讲过一个 API 接口告警的例子：根据不同的告警规则，触发不同类型的告警。告警支持多种通知渠道，包括：邮件、短信、微信、自动语音电话。通知的紧急程度有多种类型，包括：SERVER（严重）、URGENCY（紧急）、NORMAL（普通）、TRIVIAL（无关紧要）。不同的紧急程度对应不同的通知渠道。比如，SERVER（严重）基本的消息会通过 “自动语音电话” 告知相关人员。

在当时的代码实现中，关于发送告警信息那部分代码，我们只给出了粗略的设计，现在我们来一块实现下。先来看最简单、最直接的一种实现方式。

public enum NotificationEmergencyLevel {
    SERVER, URGENCY, NORMAL, TRIVIAL
}

public class Notification {
    private List<String> emailAddress;
    private List<String> telephones;
    private List<String> wechatIds;

    public Notification() {}

    public void setEmailAddress(List<String> emailAddress) {
        this.emailAddress = 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.SERVER)) {
            // 自动语音电话...
        } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.URGENCY)) {
            // 自动发微信...
        } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.NORMAL)) {
            // 自动发邮件...
        } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.TRIVIAL)) {
            // 自动发邮件...
        }
    }
}

// API告警监控的例子中，通过如下方式来使用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.SERVER, "...");
        }
    }
}

Notification 类的代码实现有一个最明显的问题，那就是有很多 if-else 分支逻辑。实际上，如果每个分支的代码不复杂，后期也没有无线膨胀的可能（增加更多的 if-else 分支判断），那这样的设计问题并不大，没有必要一定要摒弃 if-else 分支逻辑。

不过，Notification 的代码显然不符合这个条件。因为每个 if-else 分支中的代码逻辑都比较复杂，发送通知的所有逻辑都扎堆在 Notification 类中。我们知道，类的代码越多，就越难读懂，越难修改，维护的成本也就越高。很多设计模式都是试图将庞大的类拆分成更细小的类，然后再通过某种更合理的结构组合在一起。

针对 Notification 代码，可以将不同渠道的发送逻辑剥离出来，形成独立的消息发送类（MsgSender 相关类）。其中 Notification 类相当于抽象类，MsgSender 相当于实现类，两者可以独立开发，通过组合关系（也就是桥梁）任意组合在一起。所谓任何组合的意思是，不同紧急程度的消息和发送渠道的对应关系，不是在代码中固定写死，可以动态地去指定（比如，通过读取配置来获取对应的关系）。

按照这个设计思路，对代码进行重构。

public interface MsgSender {
    void send(String msg);
}

public class TelephoneMsgSender implements MsgSender {
    private List<String> telephones;

    public TelephoneMsgSender(List<String> telephones) {
        this.telephones = telephones;
    }

    @Override
    public void send(String msg) {
        // 自动语音电话...
    }
}

public class EmailMsgSender implements MsgSender {
    private List<String> emailAddress;

    public EmailMsgSender(List<String> emailAddress) {
        this.emailAddress = emailAddress;
    }

    @Override
    public void send(String msg) {
        // 自动发邮件...
    }
}

public class WechatMsgSender implements MsgSender {
    private List<String> wechatIds;

    public WechatMsgSender(List<String> wechatIds) {
        this.wechatIds = wechatIds;
    }

    @Override
    public void send(String msg) {
        // 自动发微信...
    }
}

public abstract class Notification {
    protected MsgSender msgSender;

    public Notification(MsgSender msgSender) {
        this.msgSender = msgSender;
    }

    public abstract void notify(String message);
}

public class ServerNotification extends Notification {
    public ServerNotification(MsgSender msgSender) {
        super(msgSender);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
        msgSender.send(message);
    }
}

public class UrgencyNotification extends Notification {
    public UrgencyNotification(MsgSender msgSender) {
        super(msgSender);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
        msgSender.send(message);
    }
}

public class NormalNotification extends Notification {
    public NormalNotification(MsgSender msgSender) {
        super(msgSender);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
        msgSender.send(message);
    }
}

public class TrivialNotification extends Notification {
    public TrivialNotification(MsgSender msgSender) {
        super(msgSender);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
        msgSender.send(message);
    }
}

总结

桥接模式的原理比较难理解，但代码实现相对简单些。

对于这个模式有两种不同的理解方式。

  • GoF 的《设计模式》中，桥接模式被定义为：“将抽象和实现解耦，让它们可以独立变化。”
  • 在其他书籍和资料中，还有另一种更加简单的理解方式：“一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，我们通过组合的方式，让这两个（或多个）维度可以独立进行扩展。”

对于第一种 GoF 的理解方式，弄懂定义中的 “抽象” 和 “实现” 两个概念，是理解它的关键。

  • 定义中的 “抽象”，指的并非是抽象类或接口，而是被抽象出来的一套 “类库”，它只包含骨架代码，真正的业务逻辑需要委派给定义中的 “实现” 来完成。
  • 而定义中的 “实现” 也并非接口的实现类，而是一套独立的 “类库”。

“抽象” 和 “实现” 独立开发，通过对象之间的组合关系，组装在一起。

对于第二种理解方式，它非常类似于我们之前讲过的 “组合优于继承” 设计原则，通过组合关系来替代继承关系，避免继承层次的指数级爆炸。

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