结构型 - 49 | 桥接模式：如何实现支持不同类型和渠道的消息推送系统？ - 《设计模式》

桥接模式的原理解析
桥接模式的应用举例
重点回顾
课堂讨论

上一节课我们学习了第一种结构型模式：代理模式。
代理模式在不改变原始类（或者叫被代理类）代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。
代理模式在平时的开发经常被用到，常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。

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。
话不多说，让我们正式开始今天的学习吧！

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。
桥接模式可以说是 23 种设计模式中最难理解的模式之一了。我查阅了比较多的书籍和资料之后发现，对于桥接模式有两种不同的理解方式。当然，这其中“最纯正”的理解方式，当属 GoF 的《设计模式》一书中对桥接模式的定义。毕竟，这 23 种经典的设计模式，最初就是由这本书总结出来的。
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。”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，我们之前讲过的“组合优于继承”设计原则，所以，这里我就不多解释了。
我们重点看下 GoF 的理解方式。

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。
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载，这样在切换数据库的时候，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<DriverInfo>();
    //...
    static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }
    //...
    public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver) throws SQLException {
        if (driver != null) {
            registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver));
        } else {
            throw new NullPointerException();
        }
    }
    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”。
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

在第 16 节中，我们讲过一个 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。

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一下。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()).getMaxErrorCount()) {
            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...
}

重点回顾

好了，今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下，你需要重点掌握的内容。
总体上来讲，桥接模式的原理比较难理解，但代码实现相对简单。
对于这个模式有两种不同的理解方式。

在 GoF 的《设计模式》一书中，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。”
在其他资料和书籍中，还有另外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“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“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”，而是的一套独立的“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。

课堂讨论

在桥接模式的第二种理解方式的第一段代码实现中，Notification 类中的三个成员变量通过 set 方法来设置，但是这样的代码实现存在一个明显的问题，那就是 emailAddresses、telephones、wechatIds 中的数据有可能在 Notification 类外部被修改，那如何重构代码才能避免这种情况的发生呢？

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;
    }
    //...
}