Java的JDBC和橋接模式詳解
本文參考
網(wǎng)上對于JDBC與橋接模式的理解各有不同,在這片文章里提出的是我個(gè)人對于二者的理解,本文參考的其它博文如下:
http://www.dbjr.com.cn/article/217763.htm
http://www.dbjr.com.cn/article/112714.htm
http://www.dbjr.com.cn/article/137835.htm
http://edu.jb51.net/design-pattern/design-pattern-bridge.html
橋接模式的定義與特點(diǎn)
定義:
將抽象與實(shí)現(xiàn)分離,使它們可以獨(dú)立變化。它是用組合/聚合關(guān)系代替繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn),從而降低了抽象和實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)可變維度的耦合度。例如針對一個(gè)圖形,我們可以設(shè)計(jì)顏色和形狀兩個(gè)變化維度
優(yōu)點(diǎn):
由于抽象與實(shí)現(xiàn)分離,所以擴(kuò)展能力強(qiáng);實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對客戶透明
缺點(diǎn):
由于聚合關(guān)系建立在抽象層,要求開發(fā)者針對抽象化進(jìn)行設(shè)計(jì)與編程,這增加了系統(tǒng)的理解與設(shè)計(jì)難度
橋接模式的基本結(jié)構(gòu)
Abstraction — 抽象化角色:
定義抽象的接口,包含一個(gè)對實(shí)現(xiàn)化角色的引用
Refined Abstraciotn — 擴(kuò)展抽象化角色:
抽象化角色的子類,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
Implementor — 實(shí)現(xiàn)化角色:
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
Concrete Implemetor — 具體實(shí)現(xiàn)化角色:
實(shí)現(xiàn)化角色的具體實(shí)現(xiàn)
基本的模式結(jié)構(gòu)類圖如下:
橋接模式的應(yīng)用場景
- 當(dāng)一個(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)展時(shí)
- 當(dāng)一個(gè)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)
- 當(dāng)一個(gè)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時(shí)
JDBC源碼剖析
在不使用Spring、Hibernate等第三方庫的情況下,直接通過原生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
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)的某個(gè)時(shí)刻,由客戶端調(diào)用,動(dòng)態(tài)加載該類或該接口到當(dāng)前線程中
Returns the Class object associated with the class or interface with the given string name.
Given the fully qualified name for a class or interface this method attempts to locate, load, and link the class or interface.
若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
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; } // …… }
引申:
DriverInfo還包裝了DriverAction,DriverAction會(huì)在Driver被取消注冊時(shí)被調(diào)用,DriverAction的源碼注釋如下:
The JDBC driver's static initialization block must call DriverManager.registerDriver(Driver, DriverAction) in order to inform DriverManager which DriverAction implementation to call when the JDBC driver is de-registered.
MySQL的Driver在向DriverManager進(jìn)行注冊時(shí),DriverAction被設(shè)置為null
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
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。
A connection (session) with a specific database. SQL statements are executed and results are returned within the context of a connection.
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:
源碼類圖
根據(jù)源碼的分析,繪制類圖如下:
對Driver和Connection進(jìn)行抽象,繪制類圖如下:
模式體現(xiàn)
橋接模式通過組合/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Driver接口和Connection接口,實(shí)現(xiàn)化部分有DriverManager。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)。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(Implementor)角色對應(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
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 —— 觀點(diǎn)一。
倘若JDBC針對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對橋接模式的實(shí)現(xiàn),一種"假想"的橋接模式如下:
其它觀點(diǎn)二:JDBC采用的是策略模式而不是橋接模式
問題源自知乎,但是沒有任何人做出解答,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
其它觀點(diǎn)三:變化的維度一個(gè)是平臺,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
變的是平臺和數(shù)據(jù)庫,平臺在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"這一變化維度了
其它觀點(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
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)等級結(jié)構(gòu),與JDBC驅(qū)動(dòng)器這個(gè)等級結(jié)構(gòu)是相對獨(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
新的觀點(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:
總結(jié)
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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