Java設(shè)計(jì)模式之java橋接模式詳解
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(duì)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(duì)應(yīng)到上面就是賽車的種類可以相對(duì)變化,輪胎的種類可以相對(duì)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(duì)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(duì)象,從而能夠通過這個(gè)接口對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì) 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:
該部分引用自:JDBC和橋接模式 - 枯落 - 博客園
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(duì) 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(duì)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(duì)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,具體類圖如下:
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)系如下:
2、源碼類圖:
根據(jù)源碼的分析,繪制類圖如下:
對(duì) Driver 和 Connection 進(jìn)行抽象,繪制類圖如下:
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(duì)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)。因此,在考慮橋接模式的情況下,可以再次將類圖進(jìn)行簡化:
最后,我們將其它數(shù)據(jù)庫的Driver接口實(shí)現(xiàn)也考慮在內(nèi),繪制類圖如下:
橋接模式中的實(shí)現(xiàn)化角色 (Implementor) 對(duì)應(yīng)上圖的 Driver 接口,具體實(shí)現(xiàn)化 (Concrete Implementor) 角色對(duì)應(yīng) MysqlDriver、OracleDriver 和 MariadbDriver,擴(kuò)展抽象化 (Refined Abstraction) 角色對(duì)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(duì) JDBC 的觀點(diǎn):
(1)觀點(diǎn)一:JDBC 的橋接模式是一中簡化的橋接模式
橋接模式的主要應(yīng)用場景是某個(gè)類存在兩個(gè)獨(dú)立變化的維度,且這兩個(gè)維度都需要進(jìn)行擴(kuò)展,而現(xiàn)在僅有 Driver 一個(gè)變化維度,DriverManager 沒有抽象化父類,它本身也沒有任何子類,因此我認(rèn)為,在 JDBC 中,是一種簡化的橋接模式。
倘若 JDBC 針對(duì) Connection 接口的設(shè)計(jì)不是將它作為 Driver 和 DriverManager 的"依賴"來處理,而是也作為一個(gè)變化的維度加入到橋接模式,或許能夠更好地體現(xiàn)JDBC對(duì)橋接模式的實(shí)現(xiàn),一種"假想"的橋接模式如下:
(2)觀點(diǎn)二:JDBC采用的是策略模式而不是橋接模式
問題來源知乎:jdbc是橋接模式還是策略模式? - 知乎
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(duì)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(duì)象行為模式(描述對(duì)象之間怎樣相互協(xié)作共同完成單個(gè)對(duì)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(duì)象結(jié)構(gòu)模式(描述如何將對(duì)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
(3)觀點(diǎn)三:變化的維度一個(gè)是平臺(tái),另一個(gè)是數(shù)據(jù)庫
這是我認(rèn)同的一個(gè)觀點(diǎn),引用原文的話:變的是平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫,平臺(tái)在 JVM 這個(gè)層面就解決了,因?yàn)樗胁僮飨到y(tǒng) Java 基本都會(huì)提供對(duì)應(yīng)JDK,這也是 "Once Write,Run AnyWhere" 的原因。而數(shù)據(jù)庫則是依托公司的具體實(shí)現(xiàn),各個(gè)公司都提供對(duì)應(yīng)的 Driver 類,我用 DriverManager 類進(jìn)行懶加載.
考慮數(shù)據(jù)庫的實(shí)際應(yīng)用場景,我們可能在不同的操作系統(tǒng)上使用不同的數(shù)據(jù)庫,但是JVM的平臺(tái)無關(guān)性使得我們不再有操作系統(tǒng)層面上的變化。假設(shè)不存在JVM,那么不同的客戶端加載和運(yùn)行數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序的代碼自然也各有不同,即 DriverManager 會(huì)因操作系統(tǒng)的變化而變化,不同的操作系統(tǒng)可以有不同的注冊 Driver 的方式,不過因?yàn)榇嬖贘VM,我們現(xiàn)在不再有"平臺(tái)"這一變化維度了
(4)觀點(diǎn)四:變化的維度一個(gè)是客戶端應(yīng)用系統(tǒng),另一個(gè)是數(shù)據(jù)庫
問題來源:java設(shè)計(jì)模式-橋梁模式(橋接模式 Bridge) - 簡書
一個(gè)比較獨(dú)特的觀點(diǎn),引用原文的話:應(yīng)用系統(tǒng)作為一個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu),與 JDBC 驅(qū)動(dòng)器這個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)是相對(duì)獨(dú)立的,它們之間沒有靜態(tài)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)。應(yīng)用系統(tǒng)通過委派與JDBC驅(qū)動(dòng)器相互作用,這是一個(gè)橋梁模式的例子。
原文筆者不認(rèn)為 DriverManager 作為 Refined Abstraction 角色存在,而是視作兩個(gè)變化維度之間的一個(gè)"過渡",原本的"橋"是 Abstraction 和 Implementor 之間的組合/聚合關(guān)系,而現(xiàn)在DriverManager 類本身成為了"橋",可以看作是橋梁模式的一個(gè)變體
(5)觀點(diǎn)五:變化的維度一個(gè)是 Driver,一個(gè)是 Connection:
如果從觀點(diǎn)四的原文筆者的角度看,把 DriverManager 類本身作為"橋",那么我們還可以提出一種新的觀點(diǎn),繪制類圖如下:
設(shè)計(jì)模式系列文章:
Java設(shè)計(jì)模式之創(chuàng)建型:原型模式
Java設(shè)計(jì)模式之結(jié)構(gòu)型:裝飾器模式
Java設(shè)計(jì)模式之結(jié)構(gòu)型:橋接模式
Java設(shè)計(jì)模式之結(jié)構(gòu)型:外觀模式
參考博客:
總結(jié)
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