9、桥接模式

2024-01-31 10:20:58

桥接模式

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桥接模式

概述

桥接模式：将抽象部分与它的实现部分解耦，使得两者都能够独立变化。

桥接模式是一种对象结构型模式，它又被称为柄体模式或接口模式。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。

如果系统中的某个类存在两个独立变化的维度，通过桥接模式可以将这两个维度分离出来，使两者可以独立扩展。

例如在毛笔中，将颜色和型号分离开来，12种颜色和3种大小，可以形成36种效果。

结构

桥接模式包含以下4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。

结构实现

针对两个不同的维度提取抽象类和实现类接口，并建立一个抽象关联关系。“实现部分”维度的实现类接口：

public interface Implementor{
    public void operationImpl();
}

“实现部分”维度接口的实现类：

public class ConcreteImplementor implements Implementor{
    public void operationImpl(){
        //具体业务方法的实现
    }
}

“另一抽象部分”维度的抽象类：

public abstract class Abstraction{
    protected Implementor immpl; //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
}

实现类：

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

练习

某软件公司要开发一个跨平台图像浏览系统，要求该系统能够显示BMP、JPG、GIF、PNG等多种格式的文件，并且能够在Windows、Linux、UNIX等多个操作系统上运行。系统首先将各种格式的文件解析为像素矩阵(Matrix)，然后将像素矩阵显示在屏幕上，在不同的操作系统中可以调用不同的绘制函数来绘制像素矩阵。另外，系统需具有较好的扩展性，以便在将来支持新的文件格式和操作系统。试使用桥接模式设计该跨平台图像浏览系统。

源代码

Matrix.java：像素矩阵类，辅助类

package bridge;

public class Matrix {
   
}

ImageImp.java：抽象操作系统实现类，充当实现类接口

package bridge;

public interface ImageImp {
   public void doPaint(Matrix m); //显示像素矩阵m
}

WindowsImp.java：操作系统实现类，充当具体实现类接口

package bridge;

public class WindowsImp implements ImageImp {
   public void doPaint(Matrix m) {
      //调用Windows系统的绘制函数绘制像素矩阵
      System.out.print("在Windows操作系统中显示图像：");
   }
}

LinuxImp.java：操作系统实现类，充当具体实现类接口

package bridge;

public class LinuxImp implements ImageImp {
   public void doPaint(Matrix m) {
      //调用Linux系统的绘制函数绘制像素矩阵
      System.out.print("中Linux操作系统中显示图像：");
   }
}

UnixImp.java：操作系统实现类，充当具体实现类接口

package bridge;

public class UnixImp implements ImageImp {
   public void doPaint(Matrix m) {
      //调用UNIX系统的绘制函数绘制像素矩阵
      System.out.print("在UNIX操作系统中显示图像：");
   }
}

Image.java：抽象图像类，充当抽象类

package bridge;

public abstract class Image {
   protected ImageImp imp;
   
   //注入实现类接口对象
   public void setImageImp(ImageImp imp) {
      this.imp = imp;
   }
   
   public abstract void parseFile(String fileName);
}

JPGImage.java：格式图像类，充当扩充抽象类

package bridge;

public class JPGImage extends Image {
   public void parseFile(String fileName) {
      //模拟解析JPG文件并获得一个像素矩阵对象m
      Matrix m = new Matrix();
      imp.doPaint(m);
      System.out.println(fileName + "，格式为JPG。");
   }
}

PNGImage.java：格式图像类，充当扩充抽象类

package bridge;

public class PNGImage extends Image {
   public void parseFile(String fileName) {
      //模拟解析PNG文件并获得一个像素矩阵对象m
      Matrix m = new Matrix();
      imp.doPaint(m);
      System.out.println(fileName + "，格式为PNG。");
   }
}

BMPImage.java：格式图像类，充当扩充抽象类

package bridge;

public class BMPImage extends Image {
   public void parseFile(String fileName) {
      //模拟解析BMP文件并获得一个像素矩阵对象m
      Matrix m = new Matrix();
      imp.doPaint(m);
      System.out.println(fileName + "，格式为BMP。");
   }
}

GIFImage.java：格式图像类，充当扩充抽象类

package bridge;

public class GIFImage extends Image {
   public void parseFile(String fileName) {
      //模拟解析GIF文件并获得一个像素矩阵对象m
      Matrix m = new Matrix();
      imp.doPaint(m);
      System.out.println(fileName + "，格式为GIF。");
   }
}

Config.xml：配置文件

<?xml version="1.0"?>
<config>
   <!-- RefinedAbstraction -->
   <className>bridge.JPGImage</className>
   <!-- ConcreteImplementor -->
   <className>bridge.WindowsImp</className>
</config>

XMLUtil.java：工具类

package bridge;

import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;

public class XMLUtil {
   //该方法用于从XML配置文件中提取具体类的类名，并返回一个实例对象
    public static Object getBean(String args) {
        try {
            //创建文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src//bridge//config.xml"));
            NodeList nl = null;
            Node classNode = null;
            String cName = null;
            nl = doc.getElementsByTagName("className");
            
            //获取第一个包含类名的结点，即扩充抽象类
            if (args.equals("image")) {
            classNode = nl.item(0).getFirstChild();
         }
            //获取第二个包含类名的结点，即具体实现类
            else if (args.equals("os")) {
            classNode = nl.item(1).getFirstChild();
         }
            
            cName = classNode.getNodeValue();
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

Client.java：客户端测试类

package bridge;

public class Client {
   public static void main(String[] args) {
      Image image;
      ImageImp imp;
      image = (Image)XMLUtil.getBean("image");
      imp = (ImageImp)XMLUtil.getBean("os");
      image.setImageImp(imp);
      image.parseFile("小龙女");
   }
}

运行结果：

在Windows操作系统中显示图像：小龙女，格式为JPG。

桥接模式优/缺点与适用环境

优点

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。
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。
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。

缺点

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。
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。

适用环境

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。
“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。
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。
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。

本篇文章参考书籍有：
《Java设计模式》刘伟——清华大学出版社,2018

作者：阿涛
CSDN博客主页：https://blog.csdn.net/qq_43313113
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