【设计模式深度剖析】【5】【结构型】【桥接模式】| 以电视和遥控器为例加深理解

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桥接模式(Bridge Pattern)

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定义

英文原话是：

• Bridge Pattern is a software design pattern that is used to overcome the limitations of the traditional inheritance.
• It decouples an abstraction from its implementation so that the two can vary independently.
• The bridge pattern consists of two parts: abstraction and implementation.
• The abstraction part defines the interface that the client uses to interact with the system.
• The implementation part implements the abstraction by providing the functionality required by the client.

直译

• 桥接模式是一种用于克服传统继承局限性的软件设计模式。
• 它将抽象部分与实现部分解耦，使得两者可以独立地变化。
• 桥接模式由两部分组成：抽象部分和实现部分。
  • 抽象部分定义了客户端与系统交互的接口。
  • 实现部分通过提供客户端所需的功能来实现抽象部分。

理解

桥接模式（Bridge Pattern）从字面上理解，可以想象成一个桥梁连接了两个不同的部分，使得这两个部分可以相互通信或协作，而不需要彼此之间有直接的依赖关系。在软件设计中，这两个部分通常指的是抽象部分和实现部分。

在桥接模式中，抽象部分定义了一个接口（或抽象类），用于定义抽象层的行为。实现部分则实现了这个接口，提供了具体实现。这两个部分通过组合的方式关联在一起，而不是继承。这样做的好处是，抽象部分和实现部分可以独立变化，只要它们遵循相同的接口规范。

桥接模式的主要目的是通过组合的方式建立抽象与实现之间的联系，而不是通过继承。

这允许开发人员在不修改抽象接口的情况下修改实现，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。

同时，桥接模式也避免了多重继承可能带来的问题，如违背类的单一职责原则和降低复用性等。

4个角色

桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，它将抽象部分与它的实现部分分离，使得它们可以独立地变化。这种类型的设计模式属于结构型模式，它通过提供抽象层和实现层之间的桥接结构，来实现二者的解耦。

UML类图

桥接模式包含以下四个角色：

1. 抽象化（Abstraction）角色：定义抽象类的接口，并保存一个对实现化对象的引用。
2. 扩展抽象化（RefinedAbstraction）角色：抽象化角色的子类，实现它要求的业务逻辑，并通过组合关系调用实现化角色中的业务方法。
3. 实现化（Implementor）角色：这个接口定义了实现化角色的接口，但不提供具体的实现。这个接口必须被实现化角色的具体类来实现。
4. 具体实现化（ConcreteImplementor）角色：实现化角色接口的具体实现类。

代码示例

以下是一个Java示例来演示桥接模式：

package com.polaris.designpattern.list2.structural.pattern5.bridge.classicdemo;

// 实现化角色接口
interface Implementor {  
    void operationImpl();  
}  
  
// 具体实现化角色  
class ConcreteImplementorA implements Implementor {  
    @Override  
    public void operationImpl() {  
        System.out.println("操作A的实现");  
    }  
}  
  
class ConcreteImplementorB implements Implementor {  
    @Override  
    public void operationImpl() {  
        System.out.println("操作B的实现");  
    }  
}  
  
// 抽象化角色  
abstract class Abstraction {  
    protected Implementor implementor;  
  
    public Abstraction(Implementor implementor) {  
        this.implementor = implementor;  
    }  
  
    public abstract void operation();  
}  
  
// 扩展抽象化角色  
class RefinedAbstraction extends Abstraction {  
    public RefinedAbstraction(Implementor implementor) {  
        super(implementor);  
    }  
  
    @Override  
    public void operation() {  
        // 在调用实现化角色的方法之前或之后，可以添加一些逻辑  
        System.out.println("扩展操作前...");  
        implementor.operationImpl();  
        System.out.println("扩展操作后...");  
    }  
}  
  
// 客户端代码  
public class BridgePatternDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        Implementor implementorA = new ConcreteImplementorA();  
        Abstraction abstraction = new RefinedAbstraction(implementorA);  
        abstraction.operation();

        System.out.println("-----------");

        Implementor implementorB = new ConcreteImplementorB();  
        abstraction = new RefinedAbstraction(implementorB);  
        abstraction.operation();  
    }  
}

/* Output:
扩展操作前...
操作A的实现
扩展操作后...
-----------
扩展操作前...
操作B的实现
扩展操作后...
*///~

在这个例子中，Implementor 是实现化角色接口，ConcreteImplementorA 和 ConcreteImplementorB 是两个具体实现化角色。Abstraction 是抽象化角色，它持有一个对实现化角色的引用，而 RefinedAbstraction 是扩展抽象化角色，它扩展了 Abstraction 的功能。客户端代码通过组合关系，将实现化角色和抽象化角色组合在一起，实现了二者的解耦。

应用

再来总结下，桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，它通过将抽象部分与实现部分解耦，使得它们可以独立地变化。

桥接模式通常用于以下情况：

1. 抽象和实现需要独立变化：当抽象部分和实现部分都需要独立扩展时，可以使用桥接模式。例如，不同的数据库系统（抽象部分）可能需要不同的驱动程序（实现部分）。
2. 需要跨多个平台实现：当系统需要在不同的平台上运行时，可以使用桥接模式来封装平台相关的代码。
3. 避免继承层次过深：当使用继承来实现多个维度的变化时，可能会导致继承层次过深，使得代码难以理解和维护。桥接模式通过组合代替继承，可以解决这个问题。

优点

1. 分离抽象与实现：桥接模式将抽象部分与实现部分分离，使得它们可以独立地变化。这增加了系统的灵活性和可扩展性。
2. 减少继承层次：通过组合关系替代继承关系，减少了继承层次，降低了系统的复杂度。
3. 支持动态切换实现：在运行时，可以动态地切换实现部分，而不需要修改抽象部分的代码。
4. 符合开闭原则：桥接模式符合开闭原则，即对扩展开放，对修改封闭。当需要添加新的实现时，只需要添加新的实现类，而不需要修改已有的代码。

缺点

1. 增加了系统的复杂性：由于引入了抽象部分和实现部分两个层次，增加了系统的复杂性。对于简单的系统来说，可能不需要使用桥接模式。
2. 可能增加了系统开销：在运行时，需要维护抽象部分和实现部分之间的关联关系，这可能会增加一些额外的开销。

使用场景

以下是一些适合使用桥接模式的场景：

1. 多种操作系统：当软件需要在多种操作系统上运行时，可以使用桥接模式来封装与操作系统相关的代码。这样，只需要编写一次抽象部分的代码，就可以通过更换不同的实现部分来适应不同的操作系统。
2. 多种数据库系统：当软件需要与多种数据库系统进行交互时，可以使用桥接模式来封装与数据库相关的代码。这样，只需要编写一次抽象部分的代码，就可以通过更换不同的实现部分来适应不同的数据库系统。
3. 多种图形用户界面：当软件需要支持多种图形用户界面（如Windows、Mac、Linux等）时，可以使用桥接模式来封装与界面相关的代码。这样，只需要编写一次抽象部分的代码，就可以通过更换不同的实现部分来适应不同的界面风格。
4. 多种网络协议：当软件需要与多种网络协议进行通信时，可以使用桥接模式来封装与网络协议相关的代码。这样，只需要编写一次抽象部分的代码，就可以通过更换不同的实现部分来适应不同的网络协议。

示例解析：电视和遥控器

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在生活中，一个常见的桥接模式的例子是电视和遥控器。

电视（抽象化角色）提供了观看节目的基本功能，而遥控器（实现化角色）则负责控制电视的不同操作（如换台、调节音量等）。

电视本身不关心遥控器是如何实现的，只要它符合一定的接口规范（如红外信号、蓝牙等）。

同样，遥控器也可以控制不同类型的电视，只要电视也符合相应的接口规范。

UML类图

下面是一个简化的代码示例，用于说明这个场景：

package com.polaris.designpattern.list2.structural.pattern5.bridge.remotecontroldemo;

//遥控器接口（Implementor）
interface RemoteControl {
    //换台
    void changeChannel(int channel);

    //调节音量
    void adjustVolume(int volume);
    // ... 其他控制方法  
}

//具体遥控器（ConcreteImplementor）  
class InfraredRemoteControl implements RemoteControl {
    @Override
    public void changeChannel(int channel) {
        System.out.println("使用红外遥控器换台到: " + channel);
    }

    @Override
    public void adjustVolume(int volume) {
        System.out.println("使用红外遥控器调节音量到: " + volume);
    }
    // ... 实现其他控制方法  
}

//电视抽象类（Abstraction） 
abstract class Television {
    protected RemoteControl remoteControl;

    public Television(RemoteControl remoteControl) {
        this.remoteControl = remoteControl;
    }

    public abstract void turnOn();

    public abstract void turnOff();

    // 使用遥控器来控制电视  
    public void watch() {
        System.out.println("正在看电视...");
        remoteControl.changeChannel(10); // 假设切换到10频道  
        remoteControl.adjustVolume(50); // 假设调节音量到50  
    }
}

//具体电视类（RefinedAbstraction） 
class LEDTelevision extends Television {
    public LEDTelevision(RemoteControl remoteControl) {
        super(remoteControl);
    }

    @Override
    public void turnOn() {
        System.out.println("LED电视已打开");
    }

    @Override
    public void turnOff() {
        System.out.println("LED电视已关闭");
    }
}

//客户端代码  
public class BridgePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个红外遥控器  
        RemoteControl infraredRemote = new InfraredRemoteControl();
        // 创建一个LED电视，并使用红外遥控器  
        Television ledTv = new LEDTelevision(infraredRemote);

        ledTv.turnOn(); // 打开电视  
        ledTv.watch(); // 使用遥控器观看电视  
        ledTv.turnOff(); // 关闭电视  
    }
}

/* Output:
LED电视已打开
正在看电视...
使用红外遥控器换台到: 10
使用红外遥控器调节音量到: 50
LED电视已关闭
*///~

在这个例子中，Television 是抽象化角色，它定义了电视的基本操作（如打开、关闭），并持有对 RemoteControl（遥控器）的引用。LEDTelevision 是扩展抽象化角色，它扩展了电视的基本功能，并提供了具体的实现。RemoteControl 是实现化角色接口，定义了遥控器需要实现的方法。InfraredRemoteControl 是具体实现化角色，它实现了红外遥控器的功能。

客户端代码创建了一个 InfraredRemoteControl 对象和一个 LEDTelevision 对象，并将遥控器对象传递给电视对象。这样，电视就可以通过遥控器来控制自己的行为了。

这个例子展示了桥接模式如何使得抽象化角色（电视）和实现化角色（遥控器）可以独立地变化。

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