摘要：本文主要聚焦在结构型模式（Structural Pattern）上，其主要思想是将多个对象组装成较大的结构，并同时保持结构的灵活和高效，从程序的结构上解决模块之间的耦合问题。
本文分享自华为云社区《快来，这里有23种设计模式的Go语言实现（二）》，原文作者：元闰子。
本文主要聚焦在结构型模式（StructuralPattern）上，其主要思想是将多个对象组装成较大的结构，并同时保持结构的灵活和高效，从程序的结构上解决模块之间的耦合问题。
组合模式（Composite Pattern）
简述
在面向对象编程中，有两个常见的对象设计方法，组合和继承，两者都可以解决代码复用的问题，但是使用后者时容易出现继承层次过深，对象关系过于复杂的副作用，从而导致代码的可维护性变差。因此，一个经典的面向对象设计原则是：组合优于继承。
我们都知道，组合所表示的语义为“has-a”，也就是部分和整体的关系，最经典的组合模式描述如下：
将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
Go 语言天然就支持了组合模式，而且从它不支持继承关系的特点来看，Go 也奉行了组合优于继承的原则，鼓励大家在进行程序设计时多采用组合的方法。Go 实现组合模式的方式有两种，分别是直接组合（DirectComposition）和嵌入组合（EmbeddingComposition），下面我们一起探讨这两种不同的实现方法。
Go 实现
直接组合（Direct Composition）的实现方式类似于 Java/C++，就是将一个对象作为另一个对象的成员属性。
一个典型的实现如《使用 Go 实现 GoF 的 23 种设计模式（一）》中所举的例子，一个 Message 结构体，由 Header 和 Body 所组成。那么 Message 就是一个整体，而 Header 和 Body 则为消息的组成部分。
type Message struct { Header *Header Body *Body}
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现在，我们来看一个稍微复杂一点的例子，同样考虑上一篇文章中所描述的插件架构风格的消息处理系统。前面我们用抽象工厂模式解决了插件加载的问题，通常，每个插件都会有一个生命周期，常见的就是启动状态和停止状态，现在我们使用组合模式来解决插件的启动和停止问题。
首先给 Plugin 接口添加几个生命周期相关的方法：
package plugin...// 插件运行状态type Status uint8
const ( Stopped Status = iota Started)
type Plugin interface { // 启动插件 Start() // 停止插件 Stop() // 返回插件当前的运行状态 Status() Status}// Input、Filter、Output三类插件接口的定义跟上一篇文章类似// 这里使用Message结构体替代了原来的string，使得语义更清晰type Input interface { Plugin Receive() *msg.Message}
type Filter interface { Plugin Process(msg *msg.Message) *msg.Message}
type Output interface { Plugin Send(msg *msg.Message)}
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对于插件化的消息处理系统而言，一切皆是插件，因此我们将 Pipeine 也设计成一个插件，实现 Plugin 接口：
package pipeline...// 一个Pipeline由input、filter、output三个Plugin组成type Pipeline struct { status plugin.Status input plugin.Input filter plugin.Filter output plugin.Output}
func (p *Pipeline) Exec() { msg := p.input.Receive() msg = p.filter.Process(msg) p.output.Send(msg)}// 启动的顺序 output -> filter -> inputfunc (p *Pipeline) Start() { p.output.Start() p.filter.Start() p.input.Start() p.status = plugin.Started fmt.Println("Hello input plugin started.")}// 停止的顺序 input -> filter -> outputfunc (p *Pipeline) Stop() { p.input.Stop() p.filter.Stop() p.output.Stop() p.status = plugin.Stopped fmt.Println("Hello input plugin stopped.")}
func (p *Pipeline) Status() plugin.Status { return p.status}
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一个 Pipeline 由 Input、Filter、Output 三类插件组成，形成了“部分-整体”的关系，而且它们都实现了 Plugin 接口，这就是一个典型的组合模式的实现。Client 无需显式地启动和停止 Input、Filter 和 Output 插件，在调用 Pipeline 对象的 Start 和 Stop 方法时，Pipeline 就已经帮你按顺序完成对应插件的启动和停止。
相比于上一篇文章，在本文中实现 Input、Filter、Output 三类插件时，需要多实现 3 个生命周期的方法。还是以上一篇文章中的 HelloInput、UpperFilter 和 ConsoleOutput 作为例子，具体实现如下：
package plugin...type HelloInput struct { status Status}
func (h *HelloInput) Receive() *msg.Message { // 如果插件未启动，则返回nil if h.status != Started { fmt.Println("Hello input plugin is not running, input nothing.") return nil } return msg.Builder(). WithHeaderItem("content", "text"). WithBodyItem("Hello World"). Build()}
func (h *HelloInput) Start() { h.status = Started fmt.Println("Hello input plugin started.")}
func (h *HelloInput) Stop() { h.status = Stopped fmt.Println("Hello input plugin stopped.")}
func (h *HelloInput) Status() Status { return h.status}package plugin...type UpperFilter struct { status Status}
func (u *UpperFilter) Process(msg *msg.Message) *msg.Message { if u.status != Started { fmt.Println("Upper filter plugin is not running, filter nothing.") return msg } for i, val := range msg.Body.Items { msg.Body.Items[i] = strings.ToUpper(val) } return msg}
func (u *UpperFilter) Start() { u.status = Started fmt.Println("Upper filter plugin started.")}
func (u *UpperFilter) Stop() { u.status = Stopped fmt.Println("Upper filter plugin stopped.")}
func (u *UpperFilter) Status() Status { return u.status}
package plugin...type ConsoleOutput struct { status Status}
func (c *ConsoleOutput) Send(msg *msg.Message) { if c.status != Started { fmt.Println("Console output is not running, output nothing.") return } fmt.Printf("Output:\n\tHeader:%+v, Body:%+v\n", msg.Header.Items, msg.Body.Items)}
func (c *ConsoleOutput) Start() { c.status = Started fmt.Println("Console output plugin started.")}
func (c *ConsoleOutput) Stop() { c.status = Stopped fmt.Println("Console output plugin stopped.")}
func (c *ConsoleOutput) Status() Status { return c.status}
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测试代码如下：
package test...func TestPipeline(t *testing.T) { p := pipeline.Of(pipeline.DefaultConfig()) p.Start() p.Exec() p.Stop()}// 运行结果=== RUN TestPipelineConsole output plugin started.Upper filter plugin started.Hello input plugin started.Pipeline started.Output: Header:map[content:text], Body:[HELLO WORLD]Hello input plugin stopped.Upper filter plugin stopped.Console output plugin stopped.Hello input plugin stopped.--- PASS: TestPipeline (0.00s)PASS
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组合模式的另一种实现，嵌入组合（EmbeddingComposition），其实就是利用了 Go 语言的匿名成员特性，本质上跟直接组合是一致的。
还是以 Message 结构体为例，如果采用嵌入组合，则看起来像是这样：
type Message struct { Header Body}// 使用时，Message可以引用Header和Body的成员属性，例如：msg := &Message{}msg.SrcAddr = "192.168.0.1"
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适配器模式（Adapter Pattern）
简述
适配器模式是最常用的结构型模式之一，它让原本因为接口不匹配而无法一起工作的两个对象能够一起工作。在现实生活中，适配器模式也是处处可见，比如电源插头转换器，可以让英式的插头工作在中式的插座上。适配器模式所做的就是将一个接口 Adaptee，通过适配器 Adapter 转换成 Client 所期望的另一个接口 Target 来使用，实现原理也很简单，就是 Adapter 通过实现 Target 接口，并在对应的方法中调用 Adaptee 的接口实现。
一个典型的应用场景是，系统中一个老的接口已经过时即将废弃，但因为历史包袱没法立即将老接口全部替换为新接口，这时可以新增一个适配器，将老的接口适配成新的接口来使用。适配器模式很好的践行了面向对象设计原则里的开闭原则（open/closed principle），新增一个接口时也无需修改老接口，只需多加一个适配层即可。
Go 实现
继续考虑上一节的消息处理系统例子，目前为止，系统的输入都源自于 HelloInput，现在假设需要给系统新增从 Kafka 消息队列中接收数据的功能，其中 Kafka 消费者的接口如下：
package kafka...type Records struct { Items []string}
type Consumer interface { Poll() Records}
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由于当前 Pipeline 的设计是通过 plugin.Input 接口来进行数据接收，因此 kafka.Consumer 并不能直接集成到系统中。
怎么办？使用适配器模式！为了能让 Pipeline 能够使用 kafka.Consumer 接口，我们需要定义一个适配器如下：
package plugin...type KafkaInput struct { status Status consumer kafka.Consumer}
func (k *KafkaInput) Receive() *msg.Message { records := k.consumer.Poll() if k.status != Started { fmt.Println("Kafka input plugin is not running, input nothing.") return nil } return msg.Builder(). WithHeaderItem("content", "text"). WithBodyItems(records.Items). Build()}
// 在输入插件映射关系中加入kafka，用于通过反射创建input对象func init() { inputNames["hello"] = reflect.TypeOf(HelloInput{}) inputNames["kafka"] = reflect.TypeOf(KafkaInput{})}...
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因为 Go 语言并没有构造函数，如果按照上一篇文章中的抽象工厂模式来创建 KafkaInput，那么得到的实例中的 consumer 成员因为没有被初始化而会是 nil。因此，需要给 Plugin 接口新增一个 Init 方法，用于定义插件的一些初始化操作，并在工厂返回实例前调用。
package plugin...type Plugin interface { Start() Stop() Status() Status // 新增初始化方法，在插件工厂返回实例前调用 Init()}
// 修改后的插件工厂实现如下func (i *InputFactory) Create(conf Config) Plugin { t, _ := inputNames[conf.Name] p := reflect.New(t).Interface().(Plugin) // 返回插件实例前调用Init函数，完成相关初始化方法 p.Init() return p}
// KakkaInput的Init函数实现func (k *KafkaInput) Init() { k.consumer = &kafka.MockConsumer{}}
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上述代码中的 kafka.MockConsumer 为我们模式 Kafka 消费者的一个实现，代码如下：
package kafka...type MockConsumer struct {}
func (m *MockConsumer) Poll() *Records { records := &Records{} records.Items = append(records.Items, "i am mock consumer.") return records}
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测试代码如下：
package test...func TestKafkaInputPipeline(t *testing.T) { config := pipeline.Config{ Name: "pipeline2", Input: plugin.Config{ PluginType: plugin.InputType, Name: "kafka", }, Filter: plugin.Config{ PluginType: plugin.FilterType, Name: "upper", }, Output: plugin.Config{ PluginType: plugin.OutputType, Name: "console", }, } p := pipeline.Of(config) p.Start() p.Exec() p.Stop()}// 运行结果=== RUN TestKafkaInputPipelineConsole output plugin started.Upper filter plugin started.Kafka input plugin started.Pipeline started.Output: Header:map[content:kafka], Body:[I AM MOCK CONSUMER.]Kafka input plugin stopped.Upper filter plugin stopped.Console output plugin stopped.Pipeline stopped.--- PASS: TestKafkaInputPipeline (0.00s)PASS
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桥接模式（Bridge Pattern）
简述
桥接模式主要用于将抽象部分和实现部分进行解耦，使得它们能够各自往独立的方向变化。它解决了在模块有多种变化方向的情况下，用继承所导致的类爆炸问题。举一个例子，一个产品有形状和颜色两个特征（变化方向），其中形状分为方形和圆形，颜色分为红色和蓝色。如果采用继承的设计方案，那么就需要新增 4 个产品子类：方形红色、圆形红色、方形蓝色、圆形红色。如果形状总共有 m 种变化，颜色有 n 种变化，那么就需要新增 m*n 个产品子类！现在我们使用桥接模式进行优化，将形状和颜色分别设计为一个抽象接口独立出来，这样需要新增 2 个形状子类：方形和圆形，以及 2 个颜色子类：红色和蓝色。同样，如果形状总共有 m 种变化，颜色有 n 种变化，总共只需要新增 m+n 个子类！
上述例子中，我们通过将形状和颜色抽象为一个接口，使产品不再依赖于具体的形状和颜色细节，从而达到了解耦的目的。桥接模式本质上就是面向接口编程，可以给系统带来很好的灵活性和可扩展性。如果一个对象存在多个变化的方向，而且每个变化方向都需要扩展，那么使用桥接模式进行设计那是再合适不过了。
Go 实现
回到消息处理系统的例子，一个 Pipeline 对象主要由 Input、Filter、Output 三类插件组成（3 个特征），因为是插件化的系统，不可避免的就要求支持多种 Input、Filter、Output 的实现，并能够灵活组合（有多个变化的方向）。显然，Pipeline 就非常适合使用桥接模式进行设计，实际上我们也这么做了。我们将 Input、Filter、Output 分别设计成一个抽象的接口，它们按照各自的方向去扩展。Pipeline 只依赖的这 3 个抽象接口，并不感知具体实现的细节。
package plugin...type Input interface { Plugin Receive() *msg.Message}
type Filter interface { Plugin Process(msg *msg.Message) *msg.Message}
type Output interface { Plugin Send(msg *msg.Message)}package pipeline...// 一个Pipeline由input、filter、output三个Plugin组成type Pipeline struct { status plugin.Status input plugin.Input filter plugin.Filter output plugin.Output}// 通过抽象接口来使用，看不到底层的实现细节func (p *Pipeline) Exec() { msg := p.input.Receive() msg = p.filter.Process(msg) p.output.Send(msg)}
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测试代码如下：
package test...func TestPipeline(t *testing.T) { p := pipeline.Of(pipeline.DefaultConfig()) p.Start() p.Exec() p.Stop()}// 运行结果=== RUN TestPipelineConsole output plugin started.Upper filter plugin started.Hello input plugin started.Pipeline started.Output: Header:map[content:text], Body:[HELLO WORLD]Hello input plugin stopped.Upper filter plugin stopped.Console output plugin stopped.Pipeline stopped.--- PASS: TestPipeline (0.00s)PASS
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总结
本文主要介绍了结构型模式中的组合模式、适配器模式和桥接模式。组合模式主要解决代码复用的问题，相比于继承关系，组合模式可以避免继承层次过深导致的代码复杂问题，因此面向对象设计领域流传着组合优于继承的原则，而 Go 语言的设计也很好实践了该原则；适配器模式可以看作是两个不兼容接口之间的桥梁，可以将一个接口转换成 Client 所希望的另外一个接口，解决了模块之间因为接口不兼容而无法一起工作的问题；桥接模式将模块的抽象部分和实现部分进行分离，让它们能够往各自的方向扩展，从而达到解耦的目的。
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