Java 设计模式之桥接模式

《设计模式》中对桥接模式的定义为：
将抽象部分与它的实现部分分离，使他们可以独立地变化。别名为：Handle/Body。
Bridge模式是构造型的设计模式之一。Bridge模式基于类的最小设计原则，通过使用封装，聚合以及继承等行为来让不同的类承担不同的责任。它的主要特点是把抽象（abstraction）与行为实现（implementation）分离开来，从而可以保持各部分的独立性以及应对它们的功能扩展。

结构如下图所示：

3.1  认识桥接模式

（1）什么是桥接
        在桥接模式里面，不太好理解的就是桥接的概念，什么是桥接？为何需要桥接？如何桥接？把这些问题搞清楚了，也就基本明白桥接的含义了。
        一个一个来，先看什么是桥接？所谓桥接，通俗点说就是在不同的东西之间搭一个桥，让他们能够连接起来，可以相互通讯和使用。那么在桥接模式中到底是给什么东西来搭桥呢？就是为被分离了的抽象部分和实现部分来搭桥，比如前面示例中抽象的消息和具体消息发送之间搭个桥。
        但是这里要注意一个问题：在桥接模式中的桥接是单向的，也就是只能是抽象部分的对象去使用具体实现部分的对象，而不能反过来，也就是个单向桥。

（2）为何需要桥接
        为了达到让抽象部分和实现部分都可以独立变化的目的，在桥接模式中，是把抽象部分和实现部分分离开来的，虽然从程序结构上是分开了，但是在抽象部分实现的时候，还是需要使用具体的实现的，这可怎么办呢？抽象部分如何才能调用到具体实现部分的功能呢？很简单，搭个桥不就可以了，搭个桥，让抽象部分通过这个桥就可以调用到实现部分的功能了，因此需要桥接。

（3）如何桥接
        这个理解上也很简单，只要让抽象部分拥有实现部分的接口对象，这就桥接上了，在抽象部分就可以通过这个接口来调用具体实现部分的功能。也就是说，桥接在程序上就体现成了在抽象部分拥有实现部分的接口对象，维护桥接就是维护这个关系。

（4）独立变化
        桥接模式的意图：使得抽象和实现可以独立变化，都可以分别扩充。也就是说抽象部分和实现部分是一种非常松散的关系，从某个角度来讲，抽象部分和实现部分是可以完全分开的，独立的，抽象部分不过是一个使用实现部分对外接口的程序罢了。
        如果这么看桥接模式的话，就类似于策略模式了，抽象部分需要根据某个策略，来选择真实的实现，也就是说桥接模式的抽象部分相当于策略模式的上下文。更原始的就直接类似于面向接口编程，通过接口分离的两个部分而已。但是别忘了，桥接模式的抽象部分，是可以继续扩展和变化的，而策略模式只有上下文，是不存在所谓抽象部分的。
        那抽象和实现为何还要组合在一起呢？原因是在抽象部分和实现部分还是存在内部联系的，抽象部分的实现通常是需要调用实现部分的功能来实现的。

（5）动态变换功能
        由于桥接模式中的抽象部分和实现部分是完全分离的，因此可以在运行时动态组合具体的真实实现，从而达到动态变换功能的目的。
        从另外一个角度看，抽象部分和实现部分没有固定的绑定关系了，因此同一个真实实现可以被不同的抽象对象使用，反过来，同一个抽象也可以有多个不同的实现。就像前面示例的那样，比如：站内短消息的实现功能，可以被普通消息、加急消息或是特急消息等不同的消息对象使用；反过来，某个消息具体的发送方式，可以是站内短消息，或者是Email，也可以是手机短消息等具体的发送方式。

（6）退化的桥接模式
        如果Implementor仅有一个实现，那么就没有必要创建Implementor接口了，这是一种桥接模式退化的情况。这个时候Abstraction和Implementor是一对一的关系，虽然如此，也还是要保持它们的分离状态，这样的话，它们才不会相互影响，才可以分别扩展。
        也就是说，就算不要Implementor接口了，也要保持Abstraction和Implementor是分离的，模式的分离机制仍然是非常有用的。

（7）桥接模式和继承
        继承是扩展对象功能的一种常见手段，通常情况下，继承扩展的功能变化纬度都是一纬的，也就是变化的因素只有一类。
        对于出现变化因素有两类的，也就是有两个变化纬度的情况，继承实现就会比较痛苦。比如上面的示例，就有两个变化纬度，一个是消息的类别，不同的消息类别处理不同；另外一个是消息的发送方式。
        从理论上来说，如果用继承的方式来实现这种有两个变化纬度的情况，最后实际的实现类应该是两个纬度上可变数量的乘积那么多个。比如上面的示例，在消息类别的纬度上，目前的可变数量是3个，普通消息、加急消息和特急消息；在消息发送方式的纬度上，目前的可变数量也是3个，站内短消息、Email和手机短消息。这种情况下，如果要实现全的话，那么需要的实现类应该是：3 X 3 = 9个。
        如果要在任何一个纬度上进行扩展，都需要实现另外一个纬度上的可变数量那么多个实现类，这也是为何会感到扩展起来很困难。而且随着程序规模的加大，会越来越难以扩展和维护。
        而桥接模式就是用来解决这种有两个变化纬度的情况下，如何灵活的扩展功能的一个很好的方案。其实，桥接模式主要是把继承改成了使用对象组合，从而把两个纬度分开，让每一个纬度单独去变化，最后通过对象组合的方式，把两个纬度组合起来，每一种组合的方式就相当于原来继承中的一种实现，这样就有效的减少了实际实现的类的个数。
        从理论上来说，如果用桥接模式的方式来实现这种有两个变化纬度的情况，最后实际的实现类应该是两个纬度上可变数量的和那么多个。同样是上面那个示例，使用桥接模式来实现，实现全的话，最后需要的实现类的数目应该是：3 + 3 = 6个。
        这也从侧面体现了，使用对象组合的方式比继承要来得更灵活。

（8）桥接模式的调用顺序示意图
        桥接模式的调用顺序如图8所示：


                      图8  桥接模式的调用顺序示意图

 

具体代码实例如下

//定义一个事物的抽象，维护对行为实现（Implementor）的引用
public abstract class Shape {
protected Drawing myDrawing;

abstract public void draw();

Shape(Drawing drawing) {
   myDrawing = drawing;
}

public void drawLine() {
   myDrawing.drawLine();
}

public void drawCircle() {
   myDrawing.drawCircle();
}
}

public class Circle extends Shape{
Circle(Drawing drawing) {
   super(drawing);
   // TODO Auto-generated constructor stub
}

@Override
public void draw() {
   // TODO Auto-generated method stub
   myDrawing.drawCircle();
}
}

public class Rectangle extends Shape {
Rectangle(Drawing drawing) {
   super(drawing);
   // TODO Auto-generated constructor stub
}

@Override
public void draw() {
   // TODO Auto-generated method stub
   myDrawing.drawLine();
   myDrawing.drawLine();
   drawLine();
}
}

//实现部分的抽象
public abstract class Drawing {
public abstract void drawLine();
public abstract void drawCircle();
}

public class V1Drawing extends Drawing {
@Override
public void drawCircle() {
   // TODO Auto-generated method stub
   DP1.draw_a_circle();
}

@Override
public void drawLine() {
   // TODO Auto-generated method stub
   DP1.draw_a_line();
}
}

public class V2Drawing extends Drawing{
@Override
public void drawCircle() {
   // TODO Auto-generated method stub
   DP2.draw_a_circle();
}

@Override
public void drawLine() {
   // TODO Auto-generated method stub
   DP2.draw_a_line();
}
}

public class DP1 {
public static void draw_a_line() {
   System.out.println("使用DP1的draw_a_line()画线");
}

public static void draw_a_circle() {
   System.out.println("使用DP1的draw_a_circle()画圆");
}
}

public class DP2 {
public static void draw_a_line() {
   System.out.println("使用DP2的draw_a_line()画线");
}

public static void draw_a_circle() {
   System.out.println("使用DP2的draw_a_circle()画圆");
}
}

//测试类
public class BridgeClient {
public static void main(String args[]) {
   Drawing draw1 = new V1Drawing();
   Drawing draw2 = new V2Drawing();

   Shape shape1 = new Rectangle(draw1);
   shape1.draw();

   Shape shape2 = new Circle(draw2);
   shape2.draw();

   Shape shape3 = new Circle(draw1);
   shape3.draw();
}
}

输出结果：
使用DP1的draw_a_line()画线
使用DP1的draw_a_line()画线
使用DP1的draw_a_line()画线
使用DP2的draw_a_circle()画圆
使用DP1的draw_a_circle()画圆

Bridge模式的优点：
1 分离接口及其实现部分。
2 提高可扩充性。
3 实现细节对客户透明。