第10章桥接模式

10.1 桥接模式概述

桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与它的实现部分解耦，使得两者都能独立变化。

柄体（Handle and Body）
接口（Interface）模式
抽象关联代替多层继承
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，并易于拓展，同时有效控制了系统中类的个数

10.2 桥接模式结构与实现

10.2.1 桥接模式结构

Abstraction（抽象类）：它是用于定义抽象类的接口，通常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）：它扩充由Abstraction定义的接口，通常情况下它不再是抽象类而是具体类，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）：它是定义实现类的接口，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）：它具体实现了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。

10.2.2 桥接模式实现

识别出一个类具有的两个独立变化的维度，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。

	抽象类	实现类	说明
抽象层	Abstraction（抽象类）	Implementor（实现类接口）	A“设置”B
包含方法	普通业务方法	其他方法	继承/实现
实现方式	子类继承	接口实现

增加一种新型号的毛笔→只需拓展左侧抽象部分→增加一个新的扩充抽象类
增加一种新颜色→只需拓展右侧实现部分→增加一个新的具体实现类

抽象部分：

抽象类：

public abstract class Abstraction {
	protected Implementor impl;

	//I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
}

拓展抽象类/细化抽象类

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
	}
}

实现部分：

实现类接口

public interface Implementor {
	public void operationImpl();
}

具体实现类

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

客户端只需要针对两个维度的抽象编程，在程序运行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，以便够灵活地扩充任一维度而对另一维度不造成任何影响。

10.3 桥接模式应用实例

实例说明

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。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。

实例类图

抽象类
- Image
扩充抽象类
- JPGImage
- PNGImage
- BMPImage
- GIFImage
实现类接口
- ImageImp
具体实现类
- WindowsImp
- LinuxImp
- UnixImp

实例代码

Matrix：像素矩阵类，它是一个辅助类，各种格式的图像文件最终都被转化为像素矩阵，不同的操作系统提供不同的方式显示像素矩阵。

package designpatterns.bridge;

public class Matrix {
    //代码省略
}

ImageImp：抽象操作系统实现类，充当实现类接口。

package designpatterns.bridge;

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

WindowsImp：Windows操作系统实现类，充当具体实现类。

package designpatterns.bridge;

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

LinuxImp：Linux操作系统实现类，充当具体实现类。

package designpatterns.bridge;

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

UnixImp：UNIX操作系统实现类，充当具体实现类。

package designpatterns.bridge;

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

Image：抽象图像类，充当抽象类。

package designpatterns.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：JPG格式图像类，充当扩充抽象类。

package designpatterns.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：PNG格式图像类，充当扩充抽象类。

package designpatterns.bridge;

public class PNGImage extends Image {
    @Override
    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：BMP格式图像类，充当扩充抽象类。

package designpatterns.bridge;

public class BMPImage extends Image {
    @Override
    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: GIF格式图像类，充当扩充抽象类。

package designpatterns.bridge;

public class GIFImage extends Image {
    @Override
    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.");
    }
}

配置文件config.xml，在配置文件中存储了具体扩充抽象类和具体实现类的类名。

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <className>designpatterns.bridge.JPGImage</className>
    <className>designpatterns.bridge.WindowsImp</className>
</config>

XMLUtil：工具类。

package designpatterns.bridge;

import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;

import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import java.io.File;

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DOM文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src//designpatterns//bridge//config.xml"));

            //获取包含类名的文本结点
            NodeList nl = null;
            Node classNode = null;
            String cName = null;
            nl = doc.getElementsByTagName("className");

            //获取第一个包含类名的节点
            if (args.equals("image")) {
                classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            } 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：客户端测试类。

package designpatterns.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");
    }
}

结果及分析

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <className>designpatterns.bridge.BMPImage</className>
    <className>designpatterns.bridge.LinuxImp</className>
</config>

10.4 桥接模式与适配器模式的联用

在软件开发中，适配器模式通常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的问题，在这种情况下被适配的类往往是一个黑盒子，有时候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,特别是那些涉及大量第三方应用接口的情况。

在某系统的报表处理模块中需要将报表显示和数据输出分开，系统可以有多种报表显示方式也可以有多种数据输出方式，例如可以将数据输出为文本文件，也可以输出为Excel文件，如果需要输出为Excel文件，则需要调用与Excel相关的API，而这个API是现有系统所不具备的，该API由厂商提供。因此可以同时使用适配器模式和桥接模式来设计该模块,如图所示。

10.5 桥接模式优缺点与适用环境

10.5.1 桥接模式优点

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,使得抽象和实现不在同一个继承层次结构中，而是"“子类化"它们，所谓抽象和实现沿着各自的维度变化，也就是说抽象和实现不在同一个继承层次结构中，而是“子类化”它们，使它们各自具有自己的子类，以便任意组合子类，从而获得多维度组合对象。
在很多情况卜，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，复用性差，并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，它极大地减少了子类的个数。
桥接模式提高了系统的可扩展，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。

10.5.2 桥接模式缺点

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。
桥接模式要求正确地识别出系统中的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。

10.5.3 桥接模式适用环境

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用继承的方式独立扩展而互不影响，在程序运行时可以动态地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。

posted @ 2022-04-07 00:47 手持六脉神剑的外星人阅读(191) 评论(0) 编辑收藏举报

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第10章 桥接模式