结构型模式-桥接模式(处理多维度变化)
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。
1. 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。
2. 结构
桥接模式的结构与其名称一样，存在一条连接两个继承等级结构的桥，桥接模式结构如图所示：
- 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。
3. 代码实现
铅笔可以分为不同大小规格的，同时每一个规格都可以选择不同的颜色，规则和颜色作为铅笔的两个维度，如果采用多层继承的结构，每个铅笔规格下在提供不同颜色的子类，会导致系统中类的个数急剧增加，同时扩展麻烦，不管增加颜色还是规格都需要增加大量的具体类。因此这边使用桥接嘛事，将这两个维度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）。
对于铅笔而言，由于规格型号是其固有的维度，因此可以设计一个抽象的铅笔类，在该类中声明并部分实现铅笔的业务方法，而将各种型号的铅笔作为其子类；颜色是铅笔的另一个维度，由于它与铅笔之间存在一种“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。代码如下：
//辅助类，设置颜色的时候使用该类
public class Image {
private String line;
private String color;
public String getLine() {
return line;
}
public void setLine(String line) {
this.line = line;
}
public String getColor() {
return color;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Image{" + "line='" + line + '\'' + ", color='" + color + '\'' + '}';
}
}
//抽象铅笔类
public abstract class AbstractPencil {
protected IColorImp color;
public void setColorImp(IColorImp color) {
this.color = color;
}
public abstract void draw();
}
//抽象颜色设置实现类：实现类接口
public interface IColorImp {
void setColor(Image image);
}
//红色设置实现类：具体实现类
public class RedColorImp implements IColorImp {
@Override
public void setColor(Image image) {
image.setColor("红色");
}
}
//绿色设置实现类：具体实现类
public class GreenImpl implements IColorImp {
@Override
public void setColor(Image image) {
image.setColor("绿色");
}
}
//大号铅笔：扩充抽象类
public class BigPencil extends AbstractPencil {
@Override
public void draw() {
Image image=new Image();
image.setLine("大");
//其他代码
color.setColor(image);
//其他代码
System.out.println(image);
}
}
//小号铅笔：扩充抽象类
public class SmallPencil extends AbstractPencil {
@Override
public void draw() {
Image image=new Image();
image.setLine("小");
//其他代码
color.setColor(image);
//其他代码
System.out.println(image);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractPencil pencil=new BigPencil();
IColorImp colorImp=new RedColorImp();
pencil.setColorImp(colorImp);
pencil.draw();
}
}
//Image{line='大', color='红色'}
可使用配置文件来选定特定型号的铅笔和颜色，当添加新的铅笔尺寸型号或者颜色的时候，只需增加一个对应的扩充抽象类或具体实现类即可，系统具有较好的可扩展性，完全符合“开闭原则”。
4. 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。
4. 优缺点
- 优点
- 分离抽象接口机器实现部分。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。
- 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。
5. 适用场景
- 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。
6. 个人理解
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，而不是采用多层继承的方案。将其抽象部分与实现部分分离，降低系统的复杂度。
