在现实生活中,某些类具有两个或多个维度的变化,如图形既可按形状分,又可按颜色分。如何设计类似于 Photoshop 这样的软件,能画不同形状和不同颜色的图形呢?如果用继承方式,m 种形状和 n 种颜色的图形就有 m×n 种,不但对应的子类很多,而且扩展困难。
当然,这样的例子还有很多,如不同颜色和字体的文字、不同品牌和功率的汽车、不同性别和职业的男女、支持不同平台和不同文件格式的媒体播放器等。如果用桥接模式就能很好地解决这些问题。
桥接(Bridge)模式的定义如下:将抽象与实现分离,使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现,从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
通过上面的讲解,我们能很好的感觉到桥接模式遵循了里氏替换原则和依赖倒置原则,最终实现了开闭原则,对修改关闭,对扩展开放。这里将桥接模式的优缺点总结如下。
桥接(Bridge)模式的优点是:
缺点是:由于聚合关系建立在抽象层,要求开发者针对抽象化进行设计与编程,能正确地识别出系统中两个独立变化的维度,这增加了系统的理解与设计难度。
可以将抽象化部分与实现化部分分开,取消二者的继承关系,改用组合关系。
桥接(Bridge)模式包含以下主要角色。
其结构图如图 1 所示。
桥接模式的代码如下:
package bridge;
public class BridgeTest {
public static void main(String[] args) {
Implementor imple = new ConcreteImplementorA();
Abstraction abs = new RefinedAbstraction(imple);
abs.Operation();
}
}
//实现化角色
interface Implementor {
public void OperationImpl();
}
//具体实现化角色
class ConcreteImplementorA implements Implementor {
public void OperationImpl() {
System.out.println("具体实现化(Concrete Implementor)角色被访问");
}
}
//抽象化角色
abstract class Abstraction {
protected Implementor imple;
protected Abstraction(Implementor imple) {
this.imple = imple;
}
public abstract void Operation();
}
//扩展抽象化角色
class RefinedAbstraction extends Abstraction {
protected RefinedAbstraction(Implementor imple) {
super(imple);
}
public void Operation() {
System.out.println("扩展抽象化(Refined Abstraction)角色被访问");
imple.OperationImpl();
}
}
程序的运行结果如下:
【例1】用桥接(Bridge)模式模拟女士皮包的选购。
分析:女士皮包有很多种,可以按用途分、按皮质分、按品牌分、按颜色分、按大小分等,存在多个维度的变化,所以采用桥接模式来实现女士皮包的选购比较合适。
本实例按用途分可选钱包(Wallet)和挎包(HandBag),按颜色分可选黄色(Yellow)和红色(Red)。可以按两个维度定义为颜色类和包类。(点此下载本实例所要显示的包的图片)。
颜色类(Color)是一个维度,定义为实现化角色,它有两个具体实现化角色:黄色和红色,通过 getColor() 方法可以选择颜色;包类(Bag)是另一个维度,定义为抽象化角色,它有两个扩展抽象化角色:挎包和钱包,它包含了颜色类对象,通过 getName() 方法可以选择相关颜色的挎包和钱包。
客户类通过 ReadXML 类从 XML 配置文件中获取包信息(点此下载 XML 配置文件),并把选到的产品通过窗体显示出现,图 2 所示是其结构图。
程序代码如下:
package bridge;
import org.w3c.dom.NodeList;
import javax.swing.*;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import java.awt.*;
public class BagManage {
public static void main(String[] args) {
Color color;
Bag bag;
color = (Color) ReadXML.getObject("color");
bag = (Bag) ReadXML.getObject("bag");
bag.setColor(color);
String name = bag.getName();
show(name);
}
public static void show(String name) {
JFrame jf = new JFrame("桥接模式测试");
Container contentPane = jf.getContentPane();
JPanel p = new JPanel();
JLabel l = new JLabel(new ImageIcon("src/bridge/" + name + ".jpg"));
p.setLayout(new GridLayout(1, 1));
p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("女士皮包"));
p.add(l);
contentPane.add(p, BorderLayout.CENTER);
jf.pack();
jf.setVisible(true);
jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
}
}
//实现化角色:颜色
interface Color {
String getColor();
}
//具体实现化角色:黄色
class Yellow implements Color {
public String getColor() {
return "yellow";
}
}
//具体实现化角色:红色
class Red implements Color {
public String getColor() {
return "red";
}
}
//抽象化角色:包
abstract class Bag {
protected Color color;
public void setColor(Color color) {
this.color = color;
}
public abstract String getName();
}
//扩展抽象化角色:挎包
class HandBag extends Bag {
public String getName() {
return color.getColor() + "HandBag";
}
}
//扩展抽象化角色:钱包
class Wallet extends Bag {
public String getName() {
return color.getColor() + "Wallet";
}
}
package bridge;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML {
public static Object getObject(String args) {
try {
DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc = builder.parse(new File("src/bridge/config.xml"));
NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
Node classNode = null;
if (args.equals("color")) {
classNode = nl.item(0).getFirstChild();
} else if (args.equals("bag")) {
classNode = nl.item(1).getFirstChild();
}
String cName = "bridge." + classNode.getNodeValue();
Class<?> c = Class.forName(cName);
Object obj = c.newInstance();
return obj;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
程序的运行结果如图 3 所示。
如果将 XML 配置文件按如下修改:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config>
<className>Red</className>
<className>Wallet</className>
</config>
则程序的运行结果如图 4 所示。
当一个类内部具备两种或多种变化维度时,使用桥接模式可以解耦这些变化的维度,使高层代码架构稳定。
桥接模式通常适用于以下场景。
桥接模式的一个常见使用场景就是替换继承。我们知道,继承拥有很多优点,比如,抽象、封装、多态等,父类封装共性,子类实现特性。继承可以很好的实现代码复用(封装)的功能,但这也是继承的一大缺点。
因为父类拥有的方法,子类也会继承得到,无论子类需不需要,这说明继承具备强侵入性(父类代码侵入子类),同时会导致子类臃肿。因此,在设计模式中,有一个原则为优先使用组合/聚合,而不是继承。
很多时候,我们分不清该使用继承还是组合/聚合或其他方式等,其实可以从现实语义进行思考。因为软件最终还是提供给现实生活中的人使用的,是服务于人类社会的,软件是具备现实场景的。当我们从纯代码角度无法看清问题时,现实角度可能会提供更加开阔的思路。
在软件开发中,有时桥接(Bridge)模式可与适配器模式联合使用。当桥接(Bridge)模式的实现化角色的接口与现有类的接口不一致时,可以在二者中间定义一个适配器将二者连接起来,其具体结构图如图 5 所示。