java中的桥接模式

本文参考:
http://www.oschina.net/question/1436074_140456

http://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/structural_patterns/bridge.html

一、模式动机

设想如果要绘制矩形、圆形、椭圆、正方形,我们至少需要4个形状类,但是如果绘制的图形需要具有不同的颜色,如红色、绿色、蓝色等,此时至少有如下两种设计方案:

  • 第一种设计方案是为每一种形状都提供一套各种颜色的版本。
  • 第二种设计方案是根据实际需要对形状和颜色进行组合

对于有两个变化维度(即两个变化的原因)的系统,采用方案二来进行设计系统中类的个数更少,且系统扩展更为方便。设计方案二即是桥接模式的应用。桥接模式将继承关系转换为关联关系,从而降低了类与类之间的耦合,减少了代码编写量。

二、模式定义

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。

三、模式结构

桥接模式包含如下角色:

  • Abstraction:抽象类,抽象部分的接口。通常在这个对象里面,要维护一个实现部分的对象引用,在抽象对象里面的方法,需要调用实现部分的对象来完成。这个对象里面的方法,通常都是跟具体的业务相关的方法。
  • RefinedAbstraction:扩充抽象类,扩展抽象部分的接口,通常在这些对象里面,定义跟实际业务相关的方法,这些方法的实现通常会使用Abstraction中定义的方法,也可能需要调用实现部分的对象来完成。
  • Implementor:实现类接口,定义实现部分的接口,这个接口不用和Abstraction里面的方法一致,通常是由Implementor接口提供基本的操作,而Abstraction里面定义的是基于这些基本操作的业务方法,也就是说Abstraction定义了基于这些基本操作的较高层次的操作。
  • ConcreteImplementor:具体实现类,真正实现Implementor接口的对象。
bridge.jpg

四、代码分析

其实就是一个排列组合的过程,将需要发送的消息类型和发送的类型进行组合,如果每个组合形式都要定义一个类的话,会显得很冗余,通过桥接模式就可以很简洁。

定义发送方式:

public interface MessageImplementor {
    public void send(String message,String toUser);
}
public class MessageMobile implements MessageImplementor {
    @Override
    public void send(String message, String toUser) {
        System.out.println("使用手机短消息的方式,发送消息'" + message + "'给" + toUser);
    }
}

public class MessageSMS implements MessageImplementor {
    @Override
    public void send(String message, String toUser) {
        System.out.println("使用站内短消息的方式,发送消息'" + message + "'给" + toUser);
    }
}

public class MessageEmail implements MessageImplementor {

    @Override
    public void send(String message, String toUser) {
        System.out.println("使用Email的方式,发送消息'" + message + "'给" + toUser);
    }
}

定义消息类:

public abstract class AbstractMessage {
    protected MessageImplementor impl;

    public AbstractMessage(MessageImplementor impl) {
        this.impl = impl;
    }

    public void sendMessage(String message, String toUser) {
        this.impl.send(message, toUser);
    }
}

public class CommonMessage extends AbstractMessage {
    public CommonMessage(MessageImplementor impl) {
        super(impl);
    }

    public void sendMessage(String message, String toUser) {
        //对于普通消息,什么都不干,直接调父类的方法,把消息发送出去就可以了
        super.sendMessage(message, toUser);
    }
}

public class SpecialUrgencyMessage extends AbstractMessage {

    public SpecialUrgencyMessage(MessageImplementor impl) {
        super(impl);
    }

    public void hurry(String messageId) {
        //执行催促的业务,发出催促的信息
    }

    public void sendMessage(String message, String toUser) {
        message = "特急:" + message;
        super.sendMessage(message, toUser);
        //还需要增加一条待催促的信息
    }
}

public class UrgencyMessage extends AbstractMessage {
    public UrgencyMessage(MessageImplementor impl) {
        super(impl);
    }

    public void sendMessage(String message, String toUser) {
        message = "加急:" + message;
        super.sendMessage(message, toUser);
    }

    public Object watch(String messageId) {
        //获取相应的数据,组织成监控的数据对象,然后返回
        return null;

    }
}

测试代码:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        //创建具体的实现对象
        MessageImplementor impl = new MessageSMS();

        //创建一个普通消息对象
        AbstractMessage m = new CommonMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");

        //创建一个紧急消息对象
        m = new UrgencyMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");

        //创建一个特急消息对象
        m = new SpecialUrgencyMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");

        //把实现方式切换成手机短消息,然后再实现一遍
        impl = new MessageMobile();
        m = new CommonMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");
        m = new UrgencyMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");
        m = new SpecialUrgencyMessage(impl);
        m.sendMessage("请喝一杯茶", "小李");
    }
}

返回结果:

使用站内短消息的方式,发送消息'请喝一杯茶'给小李
使用站内短消息的方式,发送消息'加急:请喝一杯茶'给小李
使用站内短消息的方式,发送消息'特急:请喝一杯茶'给小李
使用手机短消息的方式,发送消息'请喝一杯茶'给小李
使用手机短消息的方式,发送消息'加急:请喝一杯茶'给小李
使用手机短消息的方式,发送消息'特急:请喝一杯茶'给小李

五、模式分析

理解桥接模式,重点需要理解如何将抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)脱耦,使得二者可以独立地变化。

  • 抽象化:抽象化就是忽略一些信息,把不同的实体当作同样的实体对待。在面向对象中,将对象的共同性质抽取出来形成类的过程即为抽象化的过程。
  • 实现化:针对抽象化给出的具体实现,就是实现化,抽象化与实现化是一对互逆的概念,实现化产生的对象比抽象化更具体,是对抽象化事物的进一步具体化的产物。
  • 脱耦:脱耦就是将抽象化和实现化之间的耦合解脱开,或者说是将它们之间的强关联改换成弱关联,将两个角色之间的继承关系改为关联关系。桥接模式中的所谓脱耦,就是指在一个软件系统的抽象化和实现化之间使用关联关系(组合或者聚合关系)而不是继承关系,从而使两者可以相对独立地变化,这就是桥接模式的用意。

六、优点

桥接模式的优点:

  • 分离抽象接口及其实现部分。
  • 桥接模式有时类似于多继承方案,但是多继承方案违背了类的单一职责原则(即一个类只有一个变化的原因),复用性比较差,而且多继承结构中类的个数非常庞大,桥接模式是比多继承方案更好的解决方法。
  • 桥接模式提高了系统的可扩充性,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。
  • 实现细节对客户透明,可以对用户隐藏实现细节。

七、缺点

桥接模式的缺点:

  • 桥接模式的引入会增加系统的理解与设计难度,由于聚合关联关系建立在抽象层,要求开发者针对抽象进行设计与编程。
  • 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。

八、适用环境

在以下情况下可以使用桥接模式:

  • 如果一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色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联系,通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。
  • 抽象化角色和实现化角色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。
  • 一个类存在两个独立变化的维度,且这两个维度都需要进行扩展。
  • 虽然在系统中使用继承是没有问题的,但是由于抽象化角色和具体化角色需要独立变化,设计要求需要独立管理这两者。
  • 对于那些不希望使用继承或因为多层次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。

九、模式扩展

适配器模式与桥接模式的联用:

  • 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。

十、总结

  • 桥接模式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。
  • 桥接模式包含如下四个角色:抽象类中定义了一个实现类接口类型的对象并可以维护该对象;扩充抽象类扩充由抽象类定义的接口,它实现了在抽象类中定义的抽象业务方法,在扩充抽象类中可以调用在实现类接口中定义的业务方法;实现类接口定义了实现类的接口,实现类接口仅提供基本操作,而抽象类定义的接口可能会做更多更复杂的操作;具体实现类实现了实现类接口并且具体实现它,在不同的具体实现类中提供基本操作的不同实现,在程序运行时,具体实现类对象将替换其父类对象,提供给客户端具体的业务操作方法。
  • 在桥接模式中,抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)脱耦,它们可以沿着各自的维度独立变化。
  • 桥接模式的主要优点是分离抽象接口及其实现部分,是比多继承方案更好的解决方法,桥接模式还提高了系统的可扩充性,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,实现细节对客户透明,可以对用户隐藏实现细节;其主要缺点是增加系统的理解与设计难度,且识别出系统中两个独立变化的维度并不是一件容易的事情。
  • 桥接模式适用情况包括:需要在构件的抽象化角色和具体化角色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联系;抽象化角色和实现化角色可以以继承的方式独立扩展而互不影响;一个类存在两个独立变化的维度,且这两个维度都需要进行扩展;设计要求需要独立管理抽象化角色和具体化角色;不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加的系统。

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