桥接模式详解和分析JDBC中的应用

coffee_baby2024-09-13 15:25

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桥接模式

文章目录

桥接模式(Bridge Pattern)是一种结构型设计模式，目的是将抽象部分与它的实现部分分离开来，使它们可以独立变化。这种模式通过组合的方式（而不是继承）将不同的维度分离，使代码更加灵活、易于扩展。

简单说法： 想象你有一个电视遥控器，遥控器负责打开/关闭电视、调节音量等操作。而不同品牌的电视（如索尼、三星）可能实现这些操作的方式不一样。桥接模式允许你在不修改遥控器代码的情况下，切换或扩展不同品牌的电视。遥控器和电视品牌之间使用接口桥接，使得它们可以独立变化。

桥接模式的四个核心组成：

  1. Abstraction（抽象部分）：高层接口，定义抽象的操作，如遥控器的功能（打开、关闭、调音量等）。
  2. Refined Abstraction（扩展抽象部分）：扩展自Abstraction，定义更具体的遥控器类型。
  3. Implementor（实现部分）：具体实现接口，不同的实现类可以完成具体操作（不同品牌电视的功能实现）。
  4. Concrete Implementor（具体实现部分）：Implementor的具体实现，如SonyTV和SamsungTV。

案例：电视与遥控器的桥接模式

你有一个通用的遥控器，可以操作不同品牌的电视，遥控器定义了on()、off()、setChannel()等功能，而每个品牌的电视实现这些功能的细节可能不同。通过桥接模式，我们将遥控器和电视品牌分离，便于扩展。

UML类图结构

java 复制代码 
Abstraction                    Implementor
  RemoteControl   ---->    TV
   /     \                    /    \
Concrete    SonyRemote   SonyTV  SamsungTV
Abstraction                ConcreteImplementor

⚙️代码实现

Step 1: 实现 TV 接口 (Implementor)

java 复制代码 
// TV接口定义基本操作
interface TV {
    void on();
    void off();
    void setChannel(int channel);
}

Step 2: 创建 SonyTV 和 SamsungTV 类 (Concrete Implementor)

java 复制代码 
// SonyTV 具体实现类
class SonyTV implements TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("Sony TV is now ON");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("Sony TV is now OFF");
    }

    @Override
    public void setChannel(int channel) {
        System.out.println("Sony TV: Channel set to " + channel);
    }
}

// SamsungTV 具体实现类
class SamsungTV implements TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("Samsung TV is now ON");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("Samsung TV is now OFF");
    }

    @Override
    public void setChannel(int channel) {
        System.out.println("Samsung TV: Channel set to " + channel);
    }
}

Step 3: 创建 RemoteControl 类 (Abstraction)

java 复制代码 
// 遥控器抽象类，组合TV接口
abstract class RemoteControl {
    protected TV tv;

    // 通过构造方法传递TV对象，形成桥接
    public RemoteControl(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    public abstract void on();

    public abstract void off();

    public abstract void setChannel(int channel);
}

Step 4: 创建 SonyRemoteControl 和 SamsungRemoteControl (Refined Abstraction)

java 复制代码 
// 扩展的具体遥控器类，使用不同的TV实现
class SonyRemoteControl extends RemoteControl {

    public SonyRemoteControl(TV tv) {
        super(tv);
    }

    @Override
    public void on() {
        System.out.println("Using Sony Remote Control:");
        tv.on();
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("Using Sony Remote Control:");
        tv.off();
    }

    @Override
    public void setChannel(int channel) {
        System.out.println("Using Sony Remote Control:");
        tv.setChannel(channel);
    }
}

class SamsungRemoteControl extends RemoteControl {

    public SamsungRemoteControl(TV tv) {
        super(tv);
    }

    @Override
    public void on() {
        System.out.println("Using Samsung Remote Control:");
        tv.on();
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("Using Samsung Remote Control:");
        tv.off();
    }

    @Override
    public void setChannel(int channel) {
        System.out.println("Using Samsung Remote Control:");
        tv.setChannel(channel);
    }
}

🌟 Main函数展示桥接模式的使用

java 复制代码 
public class BridgePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建不同品牌的电视
        TV sonyTV = new SonyTV();
        TV samsungTV = new SamsungTV();

        // 使用Sony Remote控制Sony TV
        RemoteControl sonyRemote = new SonyRemoteControl(sonyTV);
        sonyRemote.on();
        sonyRemote.setChannel(5);
        sonyRemote.off();

        System.out.println("-------------");

        // 使用Samsung Remote控制Samsung TV
        RemoteControl samsungRemote = new SamsungRemoteControl(samsungTV);
        samsungRemote.on();
        samsungRemote.setChannel(10);
        samsungRemote.off();
    }
}

✨ 运行结果：

java 复制代码 
Using Sony Remote Control:
Sony TV is now ON
Using Sony Remote Control:
Sony TV: Channel set to 5
Using Sony Remote Control:
Sony TV is now OFF
-------------
Using Samsung Remote Control:
Samsung TV is now ON
Using Samsung Remote Control:
Samsung TV: Channel set to 10
Using Samsung Remote Control:
Samsung TV is now OFF

源码应用

JDBC中的桥接模式源码探索：

背景：

在Java的数据库连接（JDBC）中，JDBC API 提供了统一的数据库操作接口，而具体的数据库操作实现则由各数据库厂商的驱动（Driver）实现。这里，JDBC API 是抽象部分，而每个数据库驱动则是具体实现部分。

桥接模式分析：

  • Abstraction（抽象部分）： java.sql.DriverManager 提供了一个统一的接口，用于注册不同数据库的驱动。
  • Implementor（实现部分）： 各个数据库驱动（例如MySQL、PostgreSQL、Oracle等），分别通过实现 java.sql.Driver 接口来具体执行数据库连接操作。

桥接效果：

程序员只需基于统一的JDBC接口操作数据库，而无需关心底层数据库具体如何实现连接。通过桥接模式，可以轻松扩展或替换不同的数据库驱动，而不影响客户端代码。

代码使用示例：

java 复制代码 
Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "user", "password");

DriverManager 在内部会根据传入的 JDBC URL 查找合适的 Driver 来建立数据库连接，这样就将抽象的 Connection 操作与具体的数据库实现分离。

🌐 桥接模式的类图

java 复制代码 
+-------------------------------------+                 +--------------------------------+
|          java.sql.Driver            |  <---- Bridge   |  Abstract representation      |
|-------------------------------------|                 | of how to connect to database |
| + connect()                         |                 | using different implementations|
| + acceptURL()                       |                 +--------------------------------+
| + other common methods              |          
+----------------+--------------------+     
                     ^
                     |       Implementor
                     |
      +-------------------------------+       +------------------------------------+
      |      com.mysql.cj.jdbc.Driver  |       |    org.postgresql.Driver           |
      +-------------------------------+       +------------------------------------+
      | + Implementation of connect()  |       |  + Implementation of connect()     |
      +-------------------------------+       +------------------------------------+

             ^                                         ^
             |                                         |
             +-------------------------------+         |
             |      java.sql.DriverManager   |          |
             +-------------------------------+         |
             |  + registerDriver(Driver d)    |         |
             |  + getConnection(String url)   |         |
             |  + other common methods        |         |
             +-------------------------------+         |
                                                        |
                                           +------------+-------------+
                                           |    java.sql.Connection   |
                                           +--------------------------+
                                           |  + createStatement()      |
                                           |  + close()                |
                                           +--------------------------+

⚙️ 关键源码解读：

1. Driver 接口（抽象部分，桥接接口）

java 复制代码 
package java.sql;

import java.util.Properties;
import java.sql.SQLException;

public interface Driver {
    // 尝试建立数据库连接
    Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException;

    // 判断Driver是否可以处理传入的URL
    boolean acceptsURL(String url) throws SQLException;

    // 获取驱动的相关属性信息
    DriverPropertyInfo[] getPropertyInfo(String url, Properties info) throws SQLException;

    // 获取驱动的主版本号
    int getMajorVersion();

    // 获取驱动的次版本号
    int getMinorVersion();

    // 检查驱动是否为JDBC规范的合规实现
    boolean jdbcCompliant();
}

在这个接口中，Driver定义了通用的行为，所有数据库驱动都需要实现这些方法，如 connect() 和 acceptsURL()。

2. DriverManager 类（抽象部分与实现部分的桥梁）

java 复制代码 
package java.sql;

import java.util.Enumeration;
import java.util.Vector;
import java.sql.Driver;
import java.sql.SQLException;

public class DriverManager {

    // 注册驱动
    public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver) throws SQLException {
        registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver));
    }

    // 通过指定URL连接数据库
    public static Connection getConnection(String url, String user, String password)
        throws SQLException {
        
        java.util.Properties info = new java.util.Properties();
        info.put("user", user);
        info.put("password", password);

        return getConnection(url, info);
    }

    // 具体的连接数据库逻辑
    public static Connection getConnection(String url, java.util.Properties info)
        throws SQLException {

        // 遍历已注册的驱动
        for (DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
            try {
                if (aDriver.driver.acceptsURL(url)) {
                    return aDriver.driver.connect(url, info); // 调用驱动的connect方法
                }
            } catch (SQLException e) {
                // 忽略异常，尝试下一个驱动
            }
        }
        throw new SQLException("No suitable driver found for " + url);
    }

    // 保持已注册驱动的信息
    private static final CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();

    static {
        // 内部静态代码块加载驱动
        loadInitialDrivers();
    }

    // 省略其他方法
}

解析：

  • DriverManager.registerDriver() 用于注册数据库驱动，开发者无需直接使用具体驱动类来注册。
  • DriverManager.getConnection() 是我们日常使用的API，内部通过调用已注册的 Driver 实现 connect() 方法来建立连接。

桥接模式应用： DriverManager 作为抽象的管理者 ，通过 Driver 接口的实现来具体连接到不同的数据库，真正实现了抽象和实现的分离。不同的数据库驱动（如MySQL、PostgreSQL等）是 Driver 接口的不同实现，开发者使用统一的 DriverManager.getConnection() 方法进行数据库操作，无需了解底层的实现。

3. com.mysql.cj.jdbc.Driver 类（具体实现部分）

java 复制代码 
package com.mysql.cj.jdbc;

import java.sql.Driver;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;
import java.util.Properties;

public class Driver implements java.sql.Driver {
    
    static {
        try {
            // 在类加载时自动注册MySQL驱动
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException e) {
            throw new RuntimeException("Failed to register MySQL driver.", e);
        }
    }

    @Override
    public Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException {
        // 检查是否支持该URL
        if (!acceptsURL(url)) {
            return null;
        }

        // 创建与MySQL数据库的连接
        return new ConnectionImpl(host, port, dbName, user, password);
    }

    @Override
    public boolean acceptsURL(String url) {
        // 检查URL是否符合MySQL的格式
        return url.startsWith("jdbc:mysql:");
    }
    
    // 省略其他实现方法...
}

解析：

  • com.mysql.cj.jdbc.Driver 是 Driver 接口的具体实现，通过桥接到 DriverManager，它实现了具体的连接MySQL数据库的逻辑。

  • acceptsURL() 方法判断传入的URL是否是MySQL的格式，connect() 方法则通过该URL与MySQL数据库建立连接。

JDBC桥接模式总结：

  • Abstraction（抽象部分） : DriverManager 是抽象部分，提供统一的API供开发者使用，它只负责管理和协调不同的 Driver 实现，而不关心具体实现细节。
  • Implementor（实现部分） : 各个数据库驱动实现了 Driver 接口，例如 com.mysql.cj.jdbc.Driver 和 org.postgresql.Driver，它们分别负责与具体的数据库进行交互。

桥接模式通过分离抽象和实现，使得JDBC API可以轻松支持多种不同的数据库，而开发者只需通过统一的 DriverManager.getConnection() 进行操作。不同数据库的连接实现细节被隐藏在各自的 Driver 实现类中，确保了系统的扩展性和维护性。

📜 总结：

桥接模式让我们能够将抽象部分与具体实现分离，在保持系统灵活的同时，允许独立扩展抽象和实现层次。在上面的例子中，RemoteControl 和 TV 分离，使得你可以轻松扩展更多不同类型的遥控器或电视品牌，而无需修改已有代码。

桥接模式在JDK和各种框架中得到广泛应用，特别是在处理跨平台差异、解耦抽象和实现的场景中。通过桥接模式，能够保持系统的高扩展性和灵活性，便于维护和改进。无论是数据库操作、GUI绘制、日志框架还是视图解析，桥接模式都扮演着核心角色。

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