實(shí)踐GoF的23種設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)：橋接模式

簡(jiǎn)介

GoF 對(duì)橋接模式（Bridge Pattern）的定義如下：

Decouple an abstraction from its implementation so that the two can vary independently.

也即，將抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分進(jìn)行解耦，使得它們能夠各自往獨(dú)立的方向變化。

橋接模式解決了在模塊有多種變化方向的情況下，用繼承所導(dǎo)致的類爆炸問(wèn)題。

舉個(gè)例子，一個(gè)產(chǎn)品有形狀和顏色兩個(gè)特征（變化方向），其中形狀分為方形和圓形，顏色分為紅色和藍(lán)色。如果采用繼承的設(shè)計(jì)方案，那么就需要新增4個(gè)產(chǎn)品子類：方形紅色、圓形紅色、方形藍(lán)色、圓形紅色。如果形狀總共有 m 種變化，顏色有 n 種變化，那么就需要新增 m * n 個(gè)產(chǎn)品子類！

現(xiàn)在我們使用橋接模式進(jìn)行優(yōu)化，將形狀和顏色分別設(shè)計(jì)為抽象接口獨(dú)立出來(lái)，這樣需要新增 2 個(gè)形狀子類：方形和圓形，以及 2 個(gè)顏色子類：紅色和藍(lán)色。同樣，如果形狀總共有 m 種變化，顏色有 n 種變化，總共只需要新增 m + n 個(gè)子類！

上述例子中，我們通過(guò)將形狀和顏色抽象為一個(gè)接口，使產(chǎn)品不再依賴于具體的形狀和顏色細(xì)節(jié)，從而達(dá)到了解耦的目的。橋接模式本質(zhì)上就是面向接口編程，可以給系統(tǒng)帶來(lái)很好的靈活性和可擴(kuò)展性。如果一個(gè)對(duì)象存在多個(gè)變化的方向，而且每個(gè)變化方向都需要擴(kuò)展，那么使用橋接模式進(jìn)行設(shè)計(jì)那是再合適不過(guò)了。

當(dāng)然，Go 語(yǔ)言從語(yǔ)言特性本身就把繼承剔除，但橋接模式中分離變化、面向接口編程的思想仍然值得學(xué)習(xí)。

UML 結(jié)構(gòu)

場(chǎng)景上下文

在簡(jiǎn)單的分布式應(yīng)用系統(tǒng)（示例代碼工程）中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè) Monitor 監(jiān)控系統(tǒng)模塊，它可以看成是一個(gè)簡(jiǎn)單的 ETL 系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、輸出。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于在線商場(chǎng)服務(wù)集群各個(gè)服務(wù)，當(dāng)前通過(guò)消息隊(duì)列模塊 Mq 傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)處理后，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)模塊 Db 上。

我們假設(shè)未來(lái)要上線一個(gè)不支持對(duì)接消息隊(duì)列的服務(wù)、結(jié)果數(shù)據(jù)也需要存儲(chǔ)到 ClickHouse 以供后續(xù)分析，為了應(yīng)對(duì)未來(lái)多變的需求，我們有必要將監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)得足夠的可擴(kuò)展。

于是，整個(gè)模塊被設(shè)計(jì)為插件化風(fēng)格的架構(gòu)，Pipeline是數(shù)據(jù)處理的流水線，其中包含了Input、Filter和Output三類插件，Input負(fù)責(zé)從各類數(shù)據(jù)源中獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，F(xiàn)ilter負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，Output負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)輸出。

上述設(shè)計(jì)中，我們抽象出Input、Filter和Output三類插件，它們各種往獨(dú)立的方向變化，最后在Pipeline上進(jìn)行靈活組合，這使用橋接模式正合適。

代碼實(shí)現(xiàn)

//關(guān)鍵點(diǎn)1：明確產(chǎn)品的變化點(diǎn)，這里是input、filter和output三類插件，它們各自變化

//demo/monitor/input/input_plugin.go
packageinput

//關(guān)鍵點(diǎn)2：將產(chǎn)品的變化點(diǎn)抽象成接口，這里是input.Plugin，filter.Plugin和output.Plugin
//Plugin輸入插件
typePlugininterface{
plugin.Plugin
Input()(*plugin.Event,error)
}

//關(guān)鍵點(diǎn)3：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品變化點(diǎn)的接口，這里是SocketInput,AddTimestampFilter和MemoryDbOutput
//demo/monitor/input/socket_input.go
typeSocketInputstruct{
socketnetwork.Socket
endpointnetwork.Endpoint
packetschan*network.Packet
isUninstalluint32
}

func(s*SocketInput)Input()(*plugin.Event,error){
packet,ok:=<-s.packets
????if?!ok?{
????????return?nil,?plugin.ErrPluginUninstalled
????}
????event?:=?plugin.NewEvent(packet.Payload())
????event.AddHeader("peer",?packet.Src().String())
????return?event,?nil
}

//?demo/monitor/filter/filter_plugin.go
package?filter

//?Plugin?過(guò)濾插件
type?Plugin?interface?{
????plugin.Plugin
????Filter(event?*plugin.Event)?*plugin.Event
}

//?demo/monitor/filter/add_timestamp_filter.go
//?AddTimestampFilter?為MonitorRecord增加時(shí)間戳
type?AddTimestampFilter?struct?{
}

func?(a?*AddTimestampFilter)?Filter(event?*plugin.Event)?*plugin.Event?{
????re,?ok?:=?event.Payload().(*model.MonitorRecord)
????if?!ok?{
????????return?event
????}
????re.Timestamp?=?time.Now().Unix()
????return?plugin.NewEvent(re)
}


//?demo/monitor/output/output_plugin.go
//?Plugin?輸出插件
type?Plugin?interface?{
????plugin.Plugin
????Output(event?*plugin.Event)?error
}

//?demo/monitor/output/memory_db_output.go
type?MemoryDbOutput?struct?{
????db????????db.Db
????tableName?string
}

func?(m?*MemoryDbOutput)?Output(event?*plugin.Event)?error?{
????r,?ok?:=?event.Payload().(*model.MonitorRecord)
????if?!ok?{
????return?fmt.Errorf("memory?db?output?unknown?event?type?%T",?event.Payload())
????}
????return?m.db.Insert(m.tableName,?r.Id,?r)
}

//?關(guān)鍵點(diǎn)4：定義產(chǎn)品的接口或者實(shí)現(xiàn)，通過(guò)組合的方式把變化點(diǎn)橋接起來(lái)。
//?demo/monitor/pipeline/pipeline_plugin.go
//?Plugin?pipeline由input、filter、output三種插件組成，定義了一個(gè)數(shù)據(jù)處理流程
//?數(shù)據(jù)流向?yàn)?input?->filter->output
//如果是接口，可以通過(guò)定義Setter方法達(dá)到聚合的目的。
typePlugininterface{
plugin.Plugin
SetInput(inputinput.Plugin)
SetFilter(filterfilter.Plugin)
SetOutput(outputoutput.Plugin)
}

//如果是結(jié)構(gòu)體，直接把變化點(diǎn)作為成員變量來(lái)達(dá)到聚合的目的。
typepipelineTemplatestruct{
inputinput.Plugin
filterfilter.Plugin
outputoutput.Plugin
isCloseuint32
runfunc()
}

func(p*pipelineTemplate)SetInput(inputinput.Plugin){
p.input=input
}

func(p*pipelineTemplate)SetFilter(filterfilter.Plugin){
p.filter=filter
}

func(p*pipelineTemplate)SetOutput(outputoutput.Plugin){
p.output=output
}

//demo/monitor/pipeline/simple_pipeline.go
//SimplePipeline簡(jiǎn)單Pipeline實(shí)現(xiàn)，每次運(yùn)行時(shí)新啟一個(gè)goroutine
typeSimplePipelinestruct{
pipelineTemplate
}

在本系統(tǒng)中，我們通過(guò)配置文件來(lái)靈活組合插件，利用反射來(lái)實(shí)現(xiàn)插件的實(shí)例化，實(shí)例化的實(shí)現(xiàn)使用了抽象工廠模式，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方法可參考【Go實(shí)現(xiàn)】實(shí)踐GoF的23種設(shè)計(jì)模式：抽象工廠模式。

總結(jié)實(shí)現(xiàn)橋接模式的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

明確產(chǎn)品的變化點(diǎn)，這里是 input、filter 和 output 三類插件，它們各自變化。

將產(chǎn)品的變化點(diǎn)抽象成接口，這里是input.Plugin，filter.Plugin和output.Plugin。

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品變化點(diǎn)的接口，這里是SocketInput,AddTimestampFilter和MemoryDbOutput。

定義產(chǎn)品的接口或者實(shí)現(xiàn)，通過(guò)組合的方式把變化點(diǎn)橋接起來(lái)。這里是pipeline.Plugin通過(guò)Setter方法將input.Plugin，filter.Plugin和output.Plugin三個(gè)抽象接口橋接了起來(lái)。后面即可實(shí)現(xiàn)各類 input、filter 和 output 的靈活組合了。

擴(kuò)展

TiDB 中的橋接模式

TiDB是一款出色的分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，它對(duì)外提供了一套插件框架，方便用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展。TiDB 的插件框架的設(shè)計(jì)，也運(yùn)用到了橋接模式的思想。

如上圖所示，每個(gè)Plugin都包含Validate、OnInit、OnShutdown、OnFlush四個(gè)待用戶實(shí)現(xiàn)的接口，它們可以按照各自的方向去變化，然后靈活組合在Plugin中。

//PluginpresentsaTiDBplugin.
typePluginstruct{
*Manifest
library*gplugin.Plugin
Pathstring
Disableduint32
StateState
}

//Manifestdescribesplugininfoandhowitcandobypluginitself.
typeManifeststruct{
Namestring
Descriptionstring
RequireVersionmap[string]uint16
Licensestring
BuildTimestring
//Validatedefinesthevalidatelogicforplugin.
//returnserrorwillstoploadpluginprocessandTiDBstartup.
Validatefunc(ctxcontext.Context,manifest*Manifest)error
//OnInitdefinestheplugininitlogic.
//itwillbecalledafterdomaininit.
//returnerrorwillstoploadpluginprocessandTiDBstartup.
OnInitfunc(ctxcontext.Context,manifest*Manifest)error
//OnShutDowndefinestheplugincleanuplogic.
//returnerrorwillwritelogandcontinueshutdown.
OnShutdownfunc(ctxcontext.Context,manifest*Manifest)error
//OnFlushdefinesflushlogicafterexecuted`flushtidbplugins`.
//itwillbecalledafterOnInit.
//returnerrorwillwritelogandcontinuewatchfollowingflush.
OnFlushfunc(ctxcontext.Context,manifest*Manifest)error
flushWatcher*flushWatcher

Versionuint16
KindKind
}

TiDB 在實(shí)現(xiàn)插件框架時(shí)，使用函數(shù)式編程的方式來(lái)定義 OnXXX 接口，更具有 Go 風(fēng)格。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

從多個(gè)維度上對(duì)系統(tǒng)/類/結(jié)構(gòu)體進(jìn)行擴(kuò)展，如插件化架構(gòu)。

在運(yùn)行時(shí)切換不同的實(shí)現(xiàn)，如插件化架構(gòu)。

用于構(gòu)建與平臺(tái)無(wú)關(guān)的程序適配層。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

可實(shí)現(xiàn)抽象不分與實(shí)現(xiàn)解耦，變化實(shí)現(xiàn)時(shí)，客戶端無(wú)須修改代碼，符合開閉原則。

每個(gè)分離的變化點(diǎn)都可以專注于自身的演進(jìn)，符合單一職責(zé)原則。

缺點(diǎn)

過(guò)度的抽象（過(guò)度設(shè)計(jì)）會(huì)使得接口膨脹，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性變大，難以維護(hù)。

與其他模式的關(guān)聯(lián)

橋接模式通常與抽象工廠模式搭配使用，比如，在本文例子中，可以通過(guò)抽象工廠模式對(duì)各個(gè) Plugin 完成實(shí)例化，詳情見(jiàn)【Go實(shí)現(xiàn)】實(shí)踐GoF的23種設(shè)計(jì)模式：抽象工廠模式。

文章配圖

可以在用Keynote畫出手繪風(fēng)格的配圖中找到文章的繪圖方法。

審核編輯：劉清