设计模式系列：桥梁模式

一.名称

二.问题（为了解决什么问题）

一个对象有多个维度的变化，需要将这些维度抽离出来，让其独立变化

设想如果要绘制矩形、圆形、椭圆、正方形，我们至少需要4个形状类，但是如果绘制的图形需要具有不同的颜色，如红色、绿色、蓝色等，此时至少有如下两种设计方案：

第一种设计方案是为每一种形状都提供一套各种颜色的版本。
第二种设计方案是根据实际需要对形状和颜色进行组合
对于有两个变化维度（即两个变化的原因）的系统，采用方案二来进行设计系统中类的个数更少，且系统扩展更为方便。设计方案二即是桥接模式的应用。桥接模式将继承关系转换为关联关系，从而降低了类与类之间的耦合，减少了代码编写量。

看到这份面了吗？这就是桥接模式。

在以下情况下可以使用桥接模式：

如果一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色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联系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。
抽象化角色和实现化角色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。
一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展。
虽然在系统中使用继承是没有问题的，但是由于抽象化角色和具体化角色需要独立变化，设计要求需要独立管理这两者。
对于那些不希望使用继承或因为多层次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。

三.解决方案（主要体现在uml和核心代码上）

其实桥接模式就是将高维类的降维处理，
将一件事物本征的东西抽象成不同的类，通过不同的类的组合描述一件事物
其实这与一般的架构设计中要求的模块功能单一化的原则是一致的。

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。

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）。

四.例子

1.例1

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10-4所示：

!!!拿这个图去对照类图，就完全的理解了。

在上图中，如果需要增加一种新型号的毛笔，只需扩展左侧的“抽象部分”，增加一个新的扩充抽象类；如果需要增加一种新的颜色，只需扩展右侧的“实现部分”，增加一个新的具体实现类。扩展非常方便，无须修改已有代码，且不会导致类的数目增长过快。

2.例2

讲述一个画画的例子，这个例子也是网上参考的，我自己写的java代码。
如果是蜡笔
一般都需要三种大小的画笔，大号，中号，小号。还得要12中不同的颜色，那么我们至少需要36根画笔才行，
如果是毛笔

我只需要3根毛笔，12中颜色盘子，就行了

为了一幅画，我们需要准备36支型号不同的蜡笔，而改用毛笔三支就够了，当然还要搭配上12种颜料。通过Bridge模式，我们把乘法运算3×12＝36改为了加法运算3＋12＝15，这一改进可不小。那么我们这里蜡笔和毛笔到底有什么区别呢？
实际上，蜡笔和毛笔的关键一个区别就在于笔和颜色是否能够分离。【GOF95】桥梁模式的用意是”将抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)脱耦，使得二者可以独立地变化”。关键就在于能否脱耦。蜡笔的颜色和蜡笔本身是分不开的，所以就造成必须使用36支色彩、大小各异的蜡笔来绘制图画。而毛笔与颜料能够很好的脱耦，各自独立变化，便简化了操作。在这里，抽象层面的概念是：”毛笔用颜料作画”，而在实现时，毛笔有大中小三号，颜料有红绿蓝等12种，于是便可出现3×12种组合。每个参与者（毛笔与颜料）都可以在自己的自由度上随意转换。

蜡笔由于无法将笔与颜色分离，造成笔与颜色两个自由度无法单独变化，使得只有创建36种对象才能完成任务。Bridge模式将继承关系转换为组合关系，从而降低了系统间的耦合，减少了代码编写量。但这仅仅是Bridge模式带来的众多好处的一部分，更多层面的内容，请参考《设计模式（16）－Bridge Pattern》。

画笔

public abstract class Brush {    // 颜色类    protected BrushColor color;    // 画画功能    public abstract void paint();    // 设定画笔颜色类对象    public void setColor(BrushColor color) {        this.color = color;    }}

public class BigBrush extends Brush {    @Override    public void paint() {        System.out.println("大号画笔颜色:" + this.color.color);    }}

public class MidBrush extends Brush {    @Override    public void paint() {        System.out.println("中号画笔颜色:" + this.color.color);    }}

public class SmallBrush extends Brush {    @Override    public void paint() {        System.out.println("小号画笔颜色:" + this.color.color);    }}

颜色

public abstract class BrushColor {    /**     * 颜色属性     */    public String color;}

public class BlueColor extends BrushColor {    public BlueColor() {        this.color = "蓝色";    }}

public class RedColor extends BrushColor {    public RedColor() {        this.color = "红色";    }}

client

public class Client {    public static void main(String[] args) {        Brush brush = new BigBrush();        brush.setColor(new RedColor());        brush.paint();        brush = new SmallBrush();        brush.setColor(new BlueColor());        brush.paint();    }}

输出结果：

大号画笔颜色:红色小号画笔颜色:蓝色

五.效果（有啥优缺点）

桥接模式的优点:
分离抽象接口及其实现部分。
桥接模式有时类似于多继承方案，但是多继承方案违背了类的单一职责原则（即一个类只有一个变化的原因），复用性比较差，而且多继承结构中类的个数非常庞大，桥接模式是比多继承方案更好的解决方法。
桥接模式提高了系统的可扩充性，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。
实现细节对客户透明，可以对用户隐藏实现细节。

桥接模式的缺点:
桥接模式的引入会增加系统的理解与设计难度，由于聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象进
行设计与编程。 - 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。

常见案例

跨平台图片浏览软件。能够在windows、linux、unix等多个操作系统上显示bmp、jpg、gif等图片格式。

 

数据转换工具。支持将数据库中的数据转化为多种文件格式，txt、pdf、xml等格式。同时该工具需要支持多种不同的数据库。