Java設(shè)計(jì)模式之橋接模式怎么實(shí)現(xiàn)

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一、什么是橋接模式：

橋接，顧名思義，就是用來連接兩個(gè)部分，使得兩個(gè)部分可以互相通訊，橋接模式的作用就是為被分離的抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分搭橋。在現(xiàn)實(shí)生活中一個(gè)物品在搭配不同的配件時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的動(dòng)作和結(jié)果，例如一輛賽車搭配的是硬胎或者是軟胎就能夠在干燥的馬路上行駛，而如果要在下雨的路面行駛，就需要搭配雨胎了，這種根據(jù)行駛的路面不同，需要搭配不同的輪胎的變化的情況，我們從軟件設(shè)計(jì)的角度來分析，就是一個(gè)系統(tǒng)由于自身的邏輯，會(huì)有兩個(gè)或多個(gè)維度的變化，而為了應(yīng)對這種變化，我們就可以使用橋接模式來進(jìn)行系統(tǒng)的解耦。 橋接模式將一個(gè)系統(tǒng)的抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分分離，使它們都可以獨(dú)立地進(jìn)行變化，對應(yīng)到上面就是賽車的種類可以相對變化，輪胎的種類可以相對變化，形成一種交叉的關(guān)系，最后的結(jié)果就是一種賽車對應(yīng)一種輪胎就能夠成功產(chǎn)生一種結(jié)果和行為。

橋接模式將系統(tǒng)的抽象部分與實(shí)現(xiàn)部分分離解耦，使他們可以獨(dú)立的變化。為了達(dá)到讓抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分獨(dú)立變化的目的，橋接模式使用組合關(guān)系來代替繼承關(guān)系，抽象部分擁有實(shí)現(xiàn)部分的接口對象，從而能夠通過這個(gè)接口對象來調(diào)用具體實(shí)現(xiàn)部分的功能。也就是說，橋接模式中的橋接是一個(gè)單方向的關(guān)系，只能夠抽象部分去使用實(shí)現(xiàn)部分的對象，而不能反過來。

橋接模式符合“開閉原則”，提高了系統(tǒng)的可拓展性，在兩個(gè)變化維度中任意擴(kuò)展一個(gè)維度，都不需要修改原來的系統(tǒng)；并且實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對客戶不透明，可以隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。但是由于聚合關(guān)系建立在抽象層，要求開發(fā)者針對抽象進(jìn)行編程，這增加系統(tǒng)的理解和設(shè)計(jì)難度。

所以，橋接模式一般適用于以下幾種應(yīng)用場景：

（1） 系統(tǒng)需要在構(gòu)件的抽象化角色和具體化角色之間增加更多的靈活性，避免在兩個(gè)層次之間建立靜態(tài)的繼承聯(lián)系，則可以通過橋接模式使他們在抽象層建立一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系；

（2） 系統(tǒng)不希望使用繼承或因?yàn)槎鄬哟卫^承導(dǎo)致系統(tǒng)類的個(gè)數(shù)急劇增加時(shí)

（3） 一個(gè)類存在兩個(gè)獨(dú)立變化的維度，而這兩個(gè)維度都需要進(jìn)行擴(kuò)展。

二、UML結(jié)構(gòu)圖

抽象化角色 Abstraction：定義抽象的接口，包含一個(gè)對實(shí)現(xiàn)化角色的引用，抽象角色的方法需要調(diào)用實(shí)現(xiàn)化角色；擴(kuò)展抽象化角色 RefinedAbstraction：抽象化角色的子類，一般對抽象部分的方法進(jìn)行完善和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)父類中的業(yè)務(wù)方法，并通過組合/聚合關(guān)系調(diào)用實(shí)現(xiàn)化角色中的業(yè)務(wù)方法實(shí)現(xiàn)化角色 Implementor：定義具體行為、具體特征的應(yīng)用接口，供擴(kuò)展抽象化角色使用，一般情況下是由實(shí)現(xiàn)化角色提供基本的操作，而抽象化角色定義基于實(shí)現(xiàn)部分基本操作的業(yè)務(wù)方法；具體實(shí)現(xiàn)化角色 ConcreteImplementor：完善實(shí)現(xiàn)化角色中定義的具體邏輯。

三、代碼實(shí)現(xiàn)

Implementor 接口類：

public interface Implementor {
    void operationImpl();
}

ConcreteImplementor 接口實(shí)現(xiàn)類：

public class ConcreteImplementorA implements Implementor{
    @Override
    public void operationImpl() {
        //具體實(shí)現(xiàn)
    }
}
public class ConcreteImplementorB implements Implementor{
    @Override
    public void operationImpl() {
        //具體實(shí)現(xiàn)
    }
}

Abstraction 抽象類：

public abstract class Abstraction {
    private Implementor implementor;
    public Abstraction(Implementor implementor) {
        this.implementor = implementor;
    }
    public void operation() {
        implementor.operationImpl();
    }
}

RefinedAbstraction 抽象類的具體實(shí)現(xiàn)：

public class RefinedAbstraction extends Abstraction{
    public RefinedAbstraction(Implementor implementor) {
        super(implementor);
    }
    public void refinedOperation() {
        //對 Abstraction 中的 operation 方法進(jìn)行擴(kuò)展
    }
}

看了這段通用代碼之后，橋接模式的結(jié)構(gòu)應(yīng)該就很清楚了，需要注意的是 RefinedAbstraction 根據(jù)實(shí)際情況是可以有多個(gè)的。 當(dāng)然上面的 UML 類圖和通用代碼只是最常用的實(shí)現(xiàn)方式而已，在實(shí)際使用中可能會(huì)有其他的情況，比如 Implementor 只有一個(gè)類的情況，雖然這時(shí)候可以不去創(chuàng)建 Implementor 接口，精簡類的層次，但是我建議還是需要抽象出實(shí)現(xiàn)部分的接口。

四、JDBC源碼解析-橋接模式

Java 中，我們使用 JDBC 連接數(shù)據(jù)庫時(shí)，在各個(gè)數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行切換，基本不需要?jiǎng)犹嗟拇a，原因就是使用了橋接模式，JDBC 提供統(tǒng)一接口，每種類型的數(shù)據(jù)庫提供各自的實(shí)現(xiàn)，然后由橋接類創(chuàng)建一個(gè)連接數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)，使用某一個(gè)數(shù)據(jù)庫的時(shí)候只需要切換一下就行。接下來我們就對 JDBC 的源碼做下剖析：

通過原生JDBC API連接MySQL數(shù)據(jù)庫，則有如下示例代碼：

Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://<host>:<port>/<database>");

短短兩行代碼難以看出橋接模式的結(jié)構(gòu)，下面先對源碼進(jìn)行一定的分析，理解各個(gè)類和接口之間的關(guān)系：

1、源碼分析

（1）Class.forName() 方法：

該方法將返回與給定字符串名的類或接口相關(guān)聯(lián)的 java.lang.Class 類對象，用于在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載該類或該接口到當(dāng)前線程中，如果 Class.forName() 加載的是一個(gè)類，也會(huì)執(zhí)行類中包含的static { } 靜態(tài)代碼段

（2）com.mysql.cj.jdbc.Driver 類：

MySQL 將具體的 java.sql.Driver 接口的實(shí)現(xiàn)放到了 NonRegisteringDriver 中，com.mysql.cj.jdbc.Driver 類僅包含一段靜態(tài)代碼

其中最關(guān)鍵的是靜態(tài)代碼段中的 DriverManager.registerDriver(new Driver()) ，它會(huì)在客戶端調(diào)用Class.forName() 方法加載 com.mysql.cj.jdbc.Driver 類的同時(shí)被執(zhí)行，Driver 類自身的一個(gè)實(shí)例被注冊到 DriverManager（即保存到 DriverManager 的靜態(tài)字段 registeredDrivers 內(nèi)），注冊過程的源碼如下：

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);
}

registeredDrivers 靜態(tài)字段的類型是實(shí)現(xiàn)了 List 接口的 CopyOnWriteArrayList 類，它能夠保存進(jìn)一步封裝 java.sql.Driver 接口的 DriverInfo 類實(shí)例，DriverInfo 類的聲明代碼如下：

class DriverInfo {
  final Driver driver;
  DriverAction da;
  DriverInfo(Driver driver, DriverAction action) {
    this.driver = driver;
    da = action;
  }
  // ……
}

DriverInfo 還包裝了 DriverAction，DriverAction 會(huì)在Driver被取消注冊時(shí)被調(diào)用，在 MySQL 的 Driver 在向 DriverManager 進(jìn)行注冊時(shí)，DriverAction 被設(shè)置為 null

（3）DriverManager 類：

由上面的分析可得，Class.forName() 方法調(diào)用后，com.mysql.cj.jdbc.Driver 類被加載，并執(zhí)行static { } 靜態(tài)代碼段，將 com.mysql.cj.jdbc.Driver 類實(shí)例注冊到 DriverManager 中。然后，客戶端會(huì)調(diào)用 DriverManager.getConnection() 方法獲取一個(gè) Connection 數(shù)據(jù)庫連接實(shí)例，該方法的部分源碼如下：

private static Connection getConnection(String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
  // ……
  for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
    // If the caller does not have permission to load the driver then
    // skip it.
    if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
      try {
        println(" trying " + aDriver.driver.getClass().getName());
        Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
        if (con != null) {
          // Success!
          println("getConnection returning " + aDriver.driver.getClass().getName());
          return (con);
        }
      } catch (SQLException ex) {
        if (reason == null) {
          reason = ex;
        }
      }
    } else {
      println(" skipping: " + aDriver.getClass().getName());
    }
  }
  // ……
}

DriverManager.getConnection() 方法會(huì)遍歷 registeredDrivers 靜態(tài)字段，獲取字段內(nèi)保存的每一個(gè) Driver 來嘗試響應(yīng)客戶端的數(shù)據(jù)庫連接請求，若所有 Driver 都連接數(shù)據(jù)庫失敗，則提示連接失敗信息

（4）Connection接口：

Connection 代表和特定數(shù)據(jù)庫的連接會(huì)話，能夠執(zhí)行SQL語句并在連接的上下文中返回執(zhí)行結(jié)果。因此，DriverManager.getConnection() 方法返回的 Connection 數(shù)據(jù)庫連接實(shí)例根據(jù)不同的數(shù)據(jù)庫有不同的實(shí)現(xiàn)，MySQL 的 Connection 接口實(shí)現(xiàn)關(guān)系

2、源碼類

對 Driver 和 Connection 進(jìn)行抽象

橋接模式通過聚合關(guān)系代替繼承關(guān)系，實(shí)現(xiàn)抽象化和實(shí)現(xiàn)化部分的解耦。以上述 JDBC 在 MySQL 中的簡略類圖為例，抽象化部分有 DriverManager，實(shí)現(xiàn)化部分有 Driver 接口和 Connection 接口。對于不同的數(shù)據(jù)庫，Driver接口和Connection接口都有自己獨(dú)特的實(shí)現(xiàn)類。

但是，和 Driver 接口不同的是，Connection 接口與 DriverManager 類的關(guān)系只是聯(lián)系較弱的依賴關(guān)系，并不符合橋接模式的定義和特點(diǎn)。

橋接模式中的實(shí)現(xiàn)化角色 (Implementor) 對應(yīng)上圖的 Driver 接口，具體實(shí)現(xiàn)化 (Concrete Implementor) 角色對應(yīng) MysqlDriver、OracleDriver 和 MariadbDriver，擴(kuò)展抽象化 (Refined Abstraction) 角色對應(yīng) DriverManager，不具有抽象化 (Abstraction) 角色作為擴(kuò)展抽象化角色的父類

3、對 JDBC 的觀點(diǎn)

（1）觀點(diǎn)：JDBC采用的是策略模式而不是橋接模式

jdbc是橋接模式還是策略模式？

因?yàn)檫@確實(shí)和策略模式十分相似，如果把橋接模式的抽象部分簡化來看，不去設(shè)計(jì)Abstraction，也就是用 Refined Abstraction 代替 Abstraction，那么就類似于策略模式的 Context 來使用接口的對象。

但是，橋接模式和策略模式的目的是不一樣的，策略模式屬于對象行為模式（描述對象之間怎樣相互協(xié)作共同完成單個(gè)對象都無法單獨(dú)完成的任務(wù)，以及怎樣分配職責(zé)），它的目的是封裝一系列的算法，使得算法可以相互替代，并在程序運(yùn)行的不同時(shí)刻選擇合適的算法。而橋接模式屬于對象結(jié)構(gòu)模式（描述如何將對象按某種布局組成更大的結(jié)構(gòu)），它的目的是將抽象與實(shí)現(xiàn)分離，使它們可以獨(dú)立變化

因此，從設(shè)計(jì)的目的來看，JDBC采用的并不是策略模式，在一段程序中數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)并不存在頻繁地相互替換

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