桥接模式

1.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连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。

2.桥接模式结构图

抽象类(Abstraction)：用于定义抽象类的接口，它一般是抽象类而不是接口，其中定义了一个实现类接口(Implementor)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。

扩充抽象类(RefinedAbstraction)：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。

实现类接口(Implementor)：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相同，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。

具体实现类(ConcreteImplementor)：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”、“里式代换原则”、“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。

在具体编码实现时，由于在桥接模式中存在两个独立变化的维度，为了使两者之间耦合度降低，首先需要针对两个不同维度提取抽象类和实现类接口，并建立一个抽象关联关系。对于“实现部分”维度，典型的实现类接口代码如下所示：

interface Implementor {    public void operationImpl();}

在实现Implementor接口的子类中实现了在该接口中声明的方法，用于定义与该维度相对应的一些具体方法。

对于另一“抽象部分”维度而言，其典型的抽象类代码如下所示：

abstract class Abstraction {    protected Implementor impl;//定义实现类接口对象    public void setImpl(Implementor impl) {        this.impl = impl;    }    public abstract void operation();//声明抽象业务方法}

在抽象类Abstraction中定义了一个实现类接口类型的成原对象impl，再通过注入的方式给该对象赋值，一般将该对象的可见性定义为protected，以便在其子类中访问Implementor的方法，其子类一般称为扩充抽象类或细化抽象类(RefinedAbstraction)，典型的RefinedAbstraction类代码如下所示：

class RefinedAbstraction extends Abstraction {    public void operation() {        impl.operationImpl();//调用实现类的方法    }}

对于客户端而言，可以针对两个维度的抽象层编程，在程序运行时再动态确定两个维度的子类，动态组合对象，将两个独立变化的维度完全解耦，以便能够灵活地扩充任一维度而对另一维度不造成任何影响。

3.桥接模式实例

为了减少所需生成的子类数目，实现将操作系统和图像文件格式两个维度分离，使他们可以独立改变，Sunny公司开发人员使用桥接模式来重构跨平台图像浏览系统的设计，其基本结构如下图所示：

实现代码如下

工程目录结构

像素矩阵类：辅助类

package cn.red.bridge;public class Matrix {}

抽象图像类：抽象类

package cn.red.bridge;public abstract class Image {    protected ImageImp imp;    public void setImageImp(ImageImp imp){        this.imp = imp;    }     public abstract void parseFile(String fileName);}

抽象操作系统实现类：实现类接口

package cn.red.bridge;public interface ImageImp {    public void doPaint(Matrix m);}

Windows操作系统实现类：具体实现类

package cn.red.bridge;public class WindowsImp implements ImageImp {    @Override    public void doPaint(Matrix m) {        System.out.println("在Windows操作系统中显示图像：");    }}

Linux操作系统实现类：具体实现类

package cn.red.bridge;public class LinuxImp implements ImageImp {    @Override    public void doPaint(Matrix m) {        System.out.println("在Linux操作系统中显示图像：");    }}

Unix操作系统实现类：具体实现类

package cn.red.bridge;public class UnixImp implements ImageImp {    @Override    public void doPaint(Matrix m) {        System.out.println("在Unix操作系统中显示图像：");    }}

JPG格式图像：扩充抽象类

package cn.red.bridge;public class JPGImage extends Image {    @Override    public void parseFile(String fileName) {        Matrix m = new Matrix();        imp.doPaint(m);        System.out.println(fileName + "，格式为JPG。");    }}

PNG格式图像：扩充抽象类

package cn.red.bridge;public class PNGImage extends Image {    @Override    public void parseFile(String fileName) {        Matrix m = new Matrix();        imp.doPaint(m);        System.out.println(fileName + "，格式为PNG。");    }}

BMP格式图像：扩充抽象类

package cn.red.bridge;public class BMPImage extends Image {    @Override    public void parseFile(String fileName) {        Matrix m = new Matrix();        imp.doPaint(m);        System.out.println(fileName + "，格式为BMP。");    }}

GIF格式图像：扩充抽象类

package cn.red.bridge;public class GIFImage extends Image {    @Override    public void parseFile(String fileName) {        Matrix m = new Matrix();        imp.doPaint(m);        System.out.println(fileName + "，格式为GIF。");    }}

客户端测试代码：

package cn.red.bridge;public class Client {    public static void main(String[] args) {        Image image;        ImageImp imp;        image = new JPGImage();        imp = new WindowsImp();        image.setImageImp(imp);        image.parseFile("小龙女");    }}

输出结果：

在Windows操作系统中显示图像：小龙女，格式为JPG。

4.桥接模式总结

1.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，以使任何组合子类，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办法，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”。

2.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。

5.桥接模式的适用场景

（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。