常用設計模式——橋接模式

橋接模式

背景

在正式介紹橋接模式之前，我先跟大家談談兩種常見文具的區別，它們是毛筆和蠟筆。假如我們需要大中小3種型號的畫筆，能夠繪製12種不同的顏色，如果使用蠟筆，需要準備3×12 = 36支，但如果使用毛筆的話，只需要提供3種型號的毛筆，外加12個顏料盒即可，涉及到的對象個數僅爲 3 + 12 = 15，遠小於36，卻能實現與36支蠟筆同樣的功能。如果增加一種新型號的畫筆，並且也需要具有12種顏色，對應的蠟筆需增加12支，而毛筆只需增加一支。爲什麼會這樣呢？通過分析我們可以得知：在蠟筆中，顏色和型號兩個不同的變化維度（即兩個不同的變化原因）融合在一起，無論是對顏色進行擴展還是對型號進行擴展都勢必會影響另一個維度；但在毛筆中，顏色和型號實現了分離，增加新的顏色或者型號對另一方都沒有任何影響。如果使用軟件工程中的術語，我們可以認爲在蠟筆中顏色和型號之間存在較強的耦合性，而毛筆很好地將二者解耦，使用起來非常靈活，擴展也更爲方便。在軟件開發中，我們也提供了一種設計模式來處理與畫筆類似的具有多變化維度的情況，即本章將要介紹的橋接模式。

概念

橋接模式是一種很實用的結構型設計模式，如果軟件系統中某個類存在兩個獨立變化的維度，通過該模式可以將這兩個維度分離出來，使兩者可以獨立擴展，讓系統更加符合“單一職責原則”。與多層繼承方案不同，它將兩個獨立變化的維度設計爲兩個獨立的繼承等級結構，並且在抽象層建立一個抽象關聯，該關聯關係類似一條連接兩個獨立繼承結構的橋，故名橋接模式。

​ 橋接模式用一種巧妙的方式處理多層繼承存在的問題，用抽象關聯取代了傳統的多層繼承，將類之間的靜態繼承關係轉換爲動態的對象組合關係，使得系統更加靈活，並易於擴展，同時有效控制了系統中類的個數。橋接定義如下：

橋接模式(Bridge Pattern)：將抽象部分與它的實現部分分離，使它們都可以獨立地變化。它是一種對象結構型模式，又稱爲柄體(Handle and Body)模式或接口(Interface)模式。

個人覺得，橋接模式最重要的地方是將不同維度的變化抽離出來，從而達到解耦的效果

• Abstraction（抽象類）：用於定義抽象類的接口，它一般是抽象類而不是接口，其中定義了一個Implementor（實現類接口）類型的對象並可以維護該對象，它與Implementor之間具有關聯關係，它既可以包含抽象業務方法，也可以包含具體業務方法。
• RefinedAbstraction（擴充抽象類）：擴充由Abstraction定義的接口，通常情況下它不再是抽象類而是具體類，它實現了在Abstraction中聲明的抽象業務方法，在RefinedAbstraction中可以調用在Implementor中定義的業務方法。
• Implementor（實現類接口）：定義實現類的接口，這個接口不一定要與Abstraction的接口完全一致，事實上這兩個接口可以完全不同，一般而言，Implementor接口僅提供基本操作，而Abstraction定義的接口可能會做更多更復雜的操作。Implementor接口對這些基本操作進行了聲明，而具體實現交給其子類。通過關聯關係，在Abstraction中不僅擁有自己的方法，還可以調用到Implementor中定義的方法，使用關聯關係來替代繼承關係。
• ConcreteImplementor（具體實現類）：具體實現Implementor接口，在不同的ConcreteImplementor中提供基本操作的不同實現，在程序運行時，ConcreteImplementor對象將替換其父類對象，提供給抽象類具體的業務操作方法。

在使用橋接模式時，我們首先應該識別出一個類所具有的兩個獨立變化的維度，將它們設計爲兩個獨立的繼承等級結構，爲兩個維度都提供抽象層，並建立抽象耦合。通常情況下，我們將具有兩個獨立變化維度的類的一些普通業務方法和與之關係最密切的維度設計爲“抽象類”層次結構（抽象部分），而將另一個維度設計爲“實現類”層次結構（實現部分）。例如：對於毛筆而言，由於型號是其固有的維度，因此可以設計一個抽象的毛筆類，在該類中聲明並部分實現毛筆的業務方法，而將各種型號的毛筆作爲其子類；顏色是毛筆的另一個維度，由於它與毛筆之間存在一種“設置”的關係，因此我們可以提供一個抽象的顏色接口，而將具體的顏色作爲實現該接口的子類。在此，型號可認爲是毛筆的抽象部分，而顏色是毛筆的實現部分，結構示意圖如圖10-4所示：

在圖10-4中，如果需要增加一種新型號的毛筆，只需擴展左側的“抽象部分”，增加一個新的擴充抽象類；如果需要增加一種新的顏色，只需擴展右側的“實現部分”，增加一個新的具體實現類。擴展非常方便，無須修改已有代碼，且不會導致類的數目增長過快。

示例

筆示例

假設筆有2個維度：筆的類型和顏色

那麼就應該將這2個維度分開，達到解耦的效果。

/**
 * 筆
 * @author huangy on 2019-10-21
 */
public abstract class Pen {

    private Color color;

    /**
     * 可以給這支筆設置顏色
     */
    public void setColor(Color color) {
        this.color = color;
    }

    public Color getColor() {
        return color;
    }

    /**
     * 繪圖
     */
    public abstract void draw();
}

/**
 * 圓珠筆
 * @author huangy on 2019-10-21
 */
public class BallPen extends Pen {

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("BallPen draw, and my color is " + getColor());
    }
}

/**
 * 顏色
 * @author huangy on 2019-10-21
 */
public interface Color {
}

/**
 * 紅色
 * @author huangy on 2019-10-21
 */
public class Red implements Color {

    @Override
    public String toString() {
        return "red";
    }
}

public class PenDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Pen pen = new BallPen();
        pen.setColor(new Red());

        pen.draw();
    }

}

###圖片解析器示例

展示了圖片和操作系統2個抽象層次利用橋接模式來解耦，

首先是圖片抽象層次

/**
 *
 * 抽象圖像類：抽象類
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
public abstract class Image {

    protected ImageImp imp;

    public void setImageImp(ImageImp imp) {
        this.imp = imp;
    }

    public abstract void parseFile(String fileName);
}

/**
 * BMP格式圖像：擴充抽象類
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
public class BMPImage extends Image {
    public void parseFile(String fileName) {
        //模擬解析BMP文件並獲得一個像素矩陣對象m;
        Matrix m = new Matrix();
        imp.doPaint(m);
        System.out.println(fileName + "，格式爲BMP。");
    }
}

/**
 * PNG格式圖像：擴充抽象類
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
class PNGImage extends Image {

    public void parseFile(String fileName) {

        //模擬解析PNG文件並獲得一個像素矩陣對象m;
        Matrix m = new Matrix();
        imp.doPaint(m);
        System.out.println(fileName + "，格式爲PNG。");
    }
}

然後是系統抽象層次

/**
 * 抽象操作系統實現類：實現類接口
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
public interface ImageImp {

    /**
     * 顯示像素矩陣
     */
    void doPaint(Matrix m);
}

/**
 * Linux操作系統實現類：具體實現類
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
public class LinuxImp implements ImageImp {

    public void doPaint(Matrix m) {
        //調用Linux系統的繪製函數繪製像素矩陣
        System.out.print("在Linux操作系統中顯示圖像：");
    }
}

/**
 * Windows操作系統實現類：具體實現類
 * @author huangy on 2019-06-09
 */
public class WindowsImp implements ImageImp {
    public void doPaint(Matrix m) {
        //調用Windows系統的繪製函數繪製像素矩陣
        System.out.print("在Windows操作系統中顯示圖像：");
    }
}

測試一下：

public class DemoTest {

    public static void main(String[] args) {
        Image image = new BMPImage();
        image.setImageImp(new LinuxImp());

        image.parseFile("測試文件名字");
    }

}

參考

https://blog.csdn.net/LoveLion/article/details/7464195