桥接模式

在正式介绍之前，先看看下面这个列子。两种常见文具的区别，它们是毛笔和蜡笔。假如 我们需要大中小3种型号的画笔，能够绘制12种不同的颜色，如果使用蜡笔，需要准备3×12 = 36支，但如果使用毛笔的话，只需要提供3种型号的毛笔，外加12个颜料盒即可，涉及到的对 象个数仅为 3 + 12 = 15，远小于36，却能实现与36支蜡笔同样的功能。如果增加一种新型号的画笔，并且也需要具有12种颜色，对应的蜡笔需增加12支，而毛笔只需增加一支。为什么会这样呢？通过分析我们可以得知：在蜡笔中，颜色和型号两个不同的变化维度（即两个不同 的变化原因）融合在一起，无论是对颜色进行扩展还是对型号进行扩展都势必会影响另一个维度；但在毛笔中，颜色和型号实现了分离，增加新的颜色或者型号对另一方都没有任何影响。如果使用软件工程中的术语，我们可以认为在蜡笔中颜色和型号之间存在较强的耦合性，而毛笔很好地将二者解耦，使用起来非常灵活，扩展也更为方便。在软件开发中，我们也提供了一种设计模式来处理与画笔类似的具有多变化维度的情况，即本章将要介绍的桥接模式。

概述：

桥接模式是一种很实用的结构型设计模式，如果软件系统中某个类存在两个独立变化的维度，通过该模式可以将这两个维度分离出来，使两者可以独立扩展，让系统更加符合“单一职责原则”。与多层继承方案不同，它将两个独立变化的维度设计为两个独立的继承等级结构， 并且在抽象层建立一个抽象关联，该关联关系类似一条连接两个独立继承结构的桥，故名桥接模式。

桥接模式用一种巧妙的方式处理多层继承存在的问题，用抽象关联取代了传统的多层继承， 将类之间的静态继承关系转换为动态的对象组合关系，使得系统更加灵活，并易于扩展，同 时有效控制了系统中类的个数。桥接定义如下：

定义：

桥接模式(Bridge Pattern)： 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。它是 一种对象结构型模式，又称为柄体 (Handle and Body) 模式或接口 (Interface) 模式。

结构图：

桥接模式的结构与其名称一样，存在一条连接两个继承等级结构的桥，如图所示：

在桥接模式结构图中包含如下几个角色：

• Abstraction（抽象类）：用于定义抽象类的接口，它一般是抽象类而不是接口，其中定义了 一个Implementor（实现类接口）类型的对象并可以维护该对象，它与Implementor之间具有关 联关系，它既可以包含抽象业务方法，也可以包含具体业务方法。
• RefinedAbstraction（扩充抽象类）：扩充由Abstraction定义的接口，通常情况下它不再是抽象类而是具体类，它实现了在Abstraction中声明的抽象业务方法，在RefinedAbstraction中可以 调用在Implementor中定义的业务方法。
• Implementor（实现类接口）：定义实现类的接口，这个接口不一定要与Abstraction的接口完 全一致，事实上这两个接口可以完全不同，一般而言，Implementor接口仅提供基本操作，而Abstraction定义的接口可能会做更多更复杂的操作。Implementor接口对这些基本操作进行了声 明，而具体实现交给其子类。通过关联关系，在Abstraction中不仅拥有自己的方法，还可以调 用到Implementor中定义的方法，使用关联关系来替代继承关系。
• ConcreteImplementor（具体实现类）：具体实现Implementor接口，在不同的 ConcreteImplementor中提供基本操作的不同实现，在程序运行时，ConcreteImplementor对象将 替换其父类对象，提供给抽象类具体的业务操作方法。

桥接模式是一个非常有用的模式，在桥接模式中体现了很多面向对象设计原则的思想，包 括“单一职责原则”、“开闭原则”、“合成复用原则”、“里氏代换原则”、“依赖倒转原则”等。熟悉桥接模式有助于我们深入理解这些设计原则，也有助于我们形成正确的设计思想和培养良 好的设计风格。

在使用桥接模式时，我们首先应该识别出一个类所具有的两个独立变化的维度，将它们设计为两个独立的继承等级结构，为两个维度都提供抽象层，并建立抽象耦合。通常情况下，我们将具有两个独立变化维度的类的一些普通业务方法和与之关系最密切的维度设计为“抽象类”层次结构（抽象部分），而将另一个维度设计为“实现类”层次结构（实现部分）。例如： 对于毛笔而言，由于型号是其固有的维度，因此可以设计一个抽象的毛笔类，在该类中声明并部分实现毛笔的业务方法，而将各种型号的毛笔作为其子类；颜色是毛笔的另一个维度， 由于它与毛笔之间存在一种“设置”的关系，因此我们可以提供一个抽象的颜色接口，而将具体的颜色作为实现该接口的子类。在此，型号可认为是毛笔的抽象部分，而颜色是毛笔的实现部分，结构示意图如图：

示例代码：

画笔类型抽象类：

public abstract class PenType {
    //定义实现类接口对象.
    protected PenColor penColor;

    public void setPenColor(PenColor penColor) {
        this.penColor = penColor;
    }

    //声名抽象业务方法.
    public abstract void drawing();
}

大号画笔实现类

public class LargePen extends PenType {
    @Override
    public void drawing() {
    	//调用实现类方法
        penColor.operation();
        System.out.println(" 大号画笔");
    }
}

小号画笔实现类

public class SmallPen extends PenType {
    @Override
    public void drawing() {
    	//调用实现类方法
        penColor.operation();
        System.out.println(" 小号画笔");
    }
}

画笔颜色接口：

public interface PenColor {
    void operation();
}

红色画笔实现类

public class RedPen implements PenColor {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("红色");
    }
}

蓝色画笔实现类

public class BulePen implements PenColor {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("蓝色");
    }
}

测试代码：

@Test
    public void testBridge() {
        PenColor penColor = new GreenPen();
        PenType pen = new LargePen();

        pen.setPenColor(penColor);
        pen.drawing();
    }

如果需要新增一个画笔类型只需要新增一个 PenType 的实现类即可，同理，如果需要新增一种画笔颜色，只需要新增一个 PenColor 实现类即可，非常方便，系统具有较好的可扩展性，完全符合 ‘开闭原则’。

总结：

主要优点：

1. 分离抽象接口及其实现部分。桥接模式使用“对象间的关联关系”解耦了抽象和实现之间固有的绑定关系，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化。所谓抽象和实现沿着各自维度的变化，也就是说抽象和实现不再在同一个继承层次结构中，而是“子类化”它们，使它们各自都具有自己的子类，以便任何组合子类，从而获得多维度组合对象。
2. 在很多情况下，桥接模式可以取代多层继承方案，多层继承方案违背了“单一职责原则”， 复用性较差，且类的个数非常多，桥接模式是比多层继承方案更好的解决方法，它极大减少了子类的个数。
3. 桥接模式提高了系统的可扩展性，在两个变化维度中任意扩展一个维度，都不需要修改原有系统，符合“开闭原则”。

主要缺点：

1. 桥接模式的使用会增加系统的理解与设计难度，由于关联关系建立在抽象层，要求开发者 一开始就针对抽象层进行设计与编程。
2. 桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度，因此其使用范围具有一定的局限 性，如何正确识别两个独立维度也需要一定的经验积累。

适用场景：

1. 如果一个系统需要在抽象化和具体化之间增加更多的灵活性，避免在两个层次之间建立静 态的继承关系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。
2. “抽象部分”和“实现部分”可以以继承的方式独立扩展而互不影响，在程序运行时可以动态 将一个抽象化子类的对象和一个实现化子类的对象进行组合，即系统需要对抽象化角色和实 现化角色进行动态耦合。
3. 一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，且这两个（或多个）维度都需要独立进行扩展。
4. 对于那些不希望使用继承或因为多层继承导致系统类的个数急剧增加的系统，桥接模式尤为适用。