设计模式-桥接模式

今天，我们再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，但是理解起来稍微有点难度，并且应用场景也比较局限，所以，相当于代理模式来说，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，见到能认识就可以，并不是我们学习的重点。

桥接模式的原理解析

桥接模式，也叫作桥梁模式，英文是 Bridge Design Pattern。其中“最纯正”的理解方式，属 GoF 的《设计模式》一书中对桥接模式的定义。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：“将抽象和实现解耦，让它们可以独立变化。”

关于桥接模式，很多书籍、资料中，还有另外一种理解方式：“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（或多个）维度可以独立进行扩展。”。GoF 给出的定义非常的简短，单凭这一句话，估计没几个人能看懂是什么意思。所以，我们通过 JDBC 驱动的例子来解释一下。JDBC 驱动是桥接模式的经典应用。我们先来看一 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");//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，只需要把第一行代码中的 com.mysql.jdbc.Driver 换成 oracle.jdbc.driver.OracleDriver 就可以了。

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？

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。我摘抄了部分相关代码，放到了这里，你可以看一下。

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。

现在，我们再来看一下，DriverManager 类是干什么用的。具体的代码如下所示。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 {
    private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();
    //...
    static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }
    //...
    public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver) throws Exception {
        if (driver != null) {
            registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver));
        } else {
            throw new NullPointerException();
        }
    }
    public static Connection getConnection(String url, String user, String password) {
        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”。那弄懂定义中“抽象”和“实现”两个概念，就是理解桥接模式的关键。那在 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”，而是跟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”。注意，这里所说的“实现”，也并非指“接口的实现类”，而是跟具体数据库相关的一套“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。

我画了一张图帮助你理解，你可以结合着我刚才的讲解一块看。

桥接模式的应用举例

讲一个 API 接口监控告警的例子：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：SEVERE（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，SERVE（严 重）级别的消息会通过“自动语音电话”告知相关人员。

我们先来看最简单、最直接的一种实现方式。代码如下所示：

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()) {
            notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
        }
    }
}

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，如果每个分支中的代码都不复杂，后期也没有无限膨胀的可能（增加更多 if-else 分支判断），那这样的设计问题并不大，没必要非得一定要摒弃 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装在一起。

针对 Notification 的代码，我们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，MsgSender 类相当于实现，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。所谓任意组合的意思就是，不同紧急程度的消息和发送渠道之间的对应关系，不是在代码中固定写死的，我们可以动态地去指定（比如，通过读取配置来获取对应关系）。

按照这个设计思路，我们对代码进行重构。重构之后的代码如下所示：

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...
}

// 自动语音
Notification notification = new SevereNotification(new TelephoneMsgSender());
notification.notify("xxx");