设计模式-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。

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。

实例应用

软件公司欲开发一个数据转换工具，可以将数据库中的数据转换成多种文件格式，例如txt、xml、pdf等格式，同时该工具需要支持多种不同的数据库。试使用桥接模式对其进行设计。

/**  * 抽象数据库操作类，此类只是模拟，真实情况接口可能与现在不同 */public abstract class Database {    protected File file;    public void setFile(File file) {        this.file = file;    }    /**     * 插入数据     */    public abstract void insert(String string);    /**     * 删除数据     */    public abstract void delete(int id);    /**     * 修改数据      */    public abstract void update(int id);    /**     * 查询数据     */    public abstract String query(int id);}/** * MySQL数据库 */public class MySQLDatabase extends Database {    @Override    public void insert(String string) {        System.out.println("向MySQL数据库中插入" + string);    }    @Override    public void delete(int id) {        System.out.println("删除MySQL数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public void update(int id) {        System.out.println("更新MySQL数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public String query(int id) {        System.out.println("查询MySQL数据库中id=" + id + "的数据");        file.createFile("查询结果");        return id + "";    }}/**  * Oracle数据库 */public class OracleDatabase extends Database{    @Override    public void insert(String string) {        System.out.println("向Oracle数据库中插入" + string);    }    @Override    public void delete(int id) {        System.out.println("删除Oracle数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public void update(int id) {        System.out.println("更新Oracle数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public String query(int id) {        System.out.println("查询Oracle数据库中id=" + id + "的数据");        file.createFile("查询结果");        return id + "";    }}/**  * SQLServer数据库 */public class SQLServerDatabase extends Database{    @Override    public void insert(String string) {        System.out.println("向Oracle数据库中插入" + string);    }    @Override    public void delete(int id) {        System.out.println("删除Oracle数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public void update(int id) {        System.out.println("更新Oracle数据库中id=" + id + "的数据");    }    @Override    public String query(int id) {        System.out.println("查询Oracle数据库中id=" + id + "的数据");        file.createFile("查询结果");        return id + "";    }}/**  * 文件操作接口 */public interface File {    public void createFile(String string);}/**  * pdf file */public class PdfFile implements File{    @Override    public void createFile(String string) {        System.out.println("将内容保存到pdf文件中");    }}/**  * txt file */public class TxtFile implements File{    @Override    public void createFile(String string) {        System.out.println("将内容保存到txt文件中");    }}/**  * xml file */public class XmlFile implements File{    @Override    public void createFile(String string) {        System.out.println("将内容保存到xml文件中");    }}

配置文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><config>    <db>com.design.structure.bridgepattern.MySQLDatabase</db>    <file>com.design.structure.bridgepattern.TxtFile</file></config>

客户端代码：

/**  * 客户端 */public class Main {    public static void main(String[] args) {        Database db = (Database) XMLUtil.getBean("db");        File file = (File) XMLUtil.getBean("file");        db.setFile(file);        db.query(10);    }}

结果：

查询MySQL数据库中id-10的数据将内容保存到txt文件中

如果要更换保存文件格式或者更换操作系统，之需要修改配置文件即可。无需修改源码，完全符合”开闭原则“

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）。

适配器模式与桥接模式的联用

在软件开发中，适配器模式通常可以与桥接模式联合使用。适配器模式可以解决两个已有接口间不兼容问题，在这种情况下被适配的类往往是一个黑盒子，有时候我们不想也不能改变这个被适配的类，也不能控制其扩展。适配器模式通常用于现有系统与第三方产品功能的集成，采用增加适配器的方式将第三方类集成到系统中。桥接模式则不同，用户可以通过接口继承或类继承的方式来对系统进行扩展。
桥接模式和适配器模式用于设计的不同阶段，桥接模式用于系统的初步设计，对于存在两个独立变化维度的类可以将其分为抽象化和实现化两个角色，使它们可以分别进行变化；而在初步设计完成之后，当发现系统与已有类无法协同工作时，可以采用适配器模式。但有时候在设计初期也需要考虑适配器模式，特别是那些涉及到大量第三方应用接口的情况。
下面通过一个实例来说明适配器模式和桥接模式的联合使用：
在某系统的报表处理模块中，需要将报表显示和数据采集分开，系统可以有多种报表显示方式也可以有多种数据采集方式，如可以从文本文件中读取数据，也可以从数据库中读取数据，还可以从Excel文件中获取数据。如果需要从Excel文件中获取数据，则需要调用与Excel相关的API，而这个API是现有系统所不具备的，该API由厂商提供。使用适配器模式和桥接模式设计该模块。
在设计过程中，由于存在报表显示和数据采集两个独立变化的维度，因此可以使用桥接模式进行初步设计；为了使用Excel相关的API来进行数据采集则需要使用适配器模式。系统的完整设计中需要将两个模式联用，如图下图示：

总结

桥接模式是设计Java虚拟机和实现JDBC等驱动程序的核心模式之一，应用较为广泛。在软件开发中如果一个类或一个系统有多个变化维度时，都可以尝试使用桥接模式对其进行设计。桥接模式为多维度变化的系统提供了一套完整的解决方案，并且降低了系统的复杂度。

桥接模式的优点

桥接模式的主要优点如下：

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。

优点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。

优点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”。

桥接模式的缺点

桥接模式的主要缺点如下：

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。

缺点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

在以下情况下可以考虑使用桥接模式：

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。

场景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。

场景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。

场景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。