处理多维度变化–桥接模式Bridge

概述:

在软件系统中，某些类型由于自身的逻辑，它具有两个或多个维度的变化，那么如何应对这种“多维度的变化”何利用面向对象的技术来使得该类型能够轻松的沿着多个方向进行变化，而又不引入额外的复杂度就要使用Bridge模式。

意图:

　　　将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立的变化。
——《设计模式》GOF

结构图:

在上图中，如果需要增加一种新型号的毛笔，只需扩展左侧的“抽象部分”，增加一个新的扩充抽象类；如果需要增加一种新的颜色，只需扩展右侧的“实现部分”，增加一个新的具体实现类。扩展非常方便，无须修改已有代码，且不会导致类的数目增长过快。

在具体编码实现时，由于在桥接模式中存在两个独立变化的维度，为了使两者之间耦合度降低，首先需要针对两个不同的维度提取抽象类和实现类接口，并建立一个抽象关联关系。

对于客户端而言，可以针对两个维度的抽象层编程，在程序运行时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，以便能够灵活地扩充任一维度而对另一维度不造成任何影响。

跨平台图像浏览系统

Sunny软件公司欲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支持新的文件格式和操作系统。

Sunny软件公司的开发人员针对上述要求，提出了一个初始设计方案，其基本结构如图10-1所示：

在图10-2中，如何将各种不同类型的图像文件解析为像素矩阵与图像文件格式本身相关，而如何在屏幕上显示像素矩阵则仅与操作系统相关。正因为图10-1所示结构将这两种职责集中在一个类中，导致系统扩展麻烦，从类的设计角度分析，具体类BMPWindowsImp、BMPLinuxImp和BMPUnixImp等违反了“单一职责原则”，因为不止一个引起它们变化的原因，它们将图像文件解析和像素矩阵显示这两种完全不同的职责融合在一起，任意一个职责发生改变都需要修改它们，系统扩展困难。

如何改进们的方案是将图像文件格式（对应图像格式的解析）与操作系统（对应像素矩阵的显示）两个维度分离，使得它们可以独立变化，增加新的图像文件格式或者操作系统时都对另一个维度不造成任何影响。看到这里，大家可能会问，到底如何在软件中实现将两个维度分离呢用着急，本章我将为大家详细介绍一种用于处理多维度变化的设计模式——桥接模式。

完整解决方案

为了减少所需生成的子类数目，实现将操作系统和图像文件格式两个维度分离，使它们可以独立改变，Sunny公司开发人员使用桥接模式来重构跨平台图像浏览系统的设计，其基本结构如图10-5所示：

桥接模式总结

桥接模式是设计Java虚拟机和实现JDBC等驱动程序的核心模式之一，应用较为广泛。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。桥接模式为多维度变化的系统提供了一套完整的解决方案，并且降低了系统的复杂度。

1. 主要优点

(1)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，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化。所谓抽象和实现沿着各自维度的变化，也就是说抽象和实现不再在同一个继承层次结构中，而是“子类化”它们，使它们各自都具有自己的子类，以便任何组合子类，从而获得多维度组合对象。

(2)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。

(3)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”。

2.主要缺点

(1)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。

(2)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。

3.适用场景
(1)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。

(2)“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。

(3)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。

(4)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。

来源：凉秋cds