瑞_23种设计模式_桥接模式

文章目录

    • 1 桥接模式（Bridge Pattern）
      • 1.1 介绍
      • 1.2 概述
      • 1.3 桥接模式的结构
    • 2 案例一
      • 2.1 需求
      • 2.2 代码实现
    • 3 案例二
      • 2.1 需求
      • 2.1 代码实现

🙊 前言：本文章为瑞_系列专栏之《23种设计模式》的桥接模式篇。本文中的部分图和概念等资料，来源于博主学习设计模式的相关网站《菜鸟教程 | 设计模式》和《黑马程序员Java设计模式详解》，特此注明。本文中涉及到的软件设计模式的概念、背景、优点、分类、以及UML图的基本知识和设计模式的6大法则等知识，建议阅读 《瑞_23种设计模式_概述》

本系列 - 设计模式 - 链接：《瑞_23种设计模式_概述》

⬇️本系列 - 创建型模式 - 链接🔗

  单例模式：《瑞_23种设计模式_单例模式》
  工厂模式：《瑞_23种设计模式_工厂模式》
  原型模式：《瑞_23种设计模式_原型模式》
抽象工厂模式：《瑞_23种设计模式_抽象工厂模式》
 建造者模式：《瑞_23种设计模式_建造者模式》

⬇️本系列 - 结构型模式 - 链接🔗

  代理模式：《瑞_23种设计模式_代理模式》
 适配器模式：《瑞_23种设计模式_适配器模式》
 装饰者模式：《瑞_23种设计模式_装饰者模式》
  桥接模式：《后续更新》
  外观模式：《后续更新》
  组合模式：《后续更新》
  享元模式：《后续更新》

⬇️本系列 - 行为型模式 - 链接🔗

模板方法模式：《后续更新》
  策略模式：《后续更新》
  命令模式：《后续更新》
 职责链模式：《后续更新》
  状态模式：《后续更新》
 观察者模式：《后续更新》
 中介者模式：《后续更新》
 迭代器模式：《后续更新》
 访问者模式：《后续更新》
 备忘录模式：《后续更新》
 解释器模式：《后续更新》

在这里插入图片描述

1 桥接模式（Bridge Pattern）

  桥接（Bridge Pattern）是用于把抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化。这种类型的设计模式属于结构型模式，它是作为现有的类的一个包装，它通过提供抽象化和实现化之间的桥接结构，来实现二者的解耦。

瑞：结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象。由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足“合成复用原则”，所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。

  这种模式涉及到一个作为桥接的接口，使得实体类的功能独立于接口实现类，这两种类型的类可被结构化改变而互不影响。

  桥接模式的目的是将抽象与实现分离，使它们可以独立地变化，该模式通过将一个对象的抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立地改变。它通过组合的方式，而不是继承的方式，将抽象和实现的部分连接起来。

1.1 介绍

  • 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。

  • 主要解决：在有多种可能会变化的情况下，用继承会造成类爆炸问题，扩展起来不灵活。

  • 何时使用：实现系统可能有多个角度分类，每一种角度都可能变化。

  • 如何解决：把这种多角度分类分离出来，让它们独立变化，减少它们之间耦合。

  • 关键代码：抽象类依赖实现类。

  • 应用实例：
      1️⃣ 猪八戒从天蓬元帅转世投胎到猪，转世投胎的机制将尘世划分为两个等级，即：灵魂和肉体，前者相当于抽象化，后者相当于实现化。生灵通过功能的委派，调用肉体对象的功能，使得生灵可以动态地选择。
      2️⃣ 墙上的开关，可以看到的开关是抽象的，不用管里面具体怎么实现的。

  • 优点：
      1️⃣ 抽象和实现的分离。
      2️⃣ 优秀的扩展能力。
      3️⃣ 实现细节对客户透明。

  • 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。

  • 使用场景：
      1️⃣ 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。
      2️⃣ 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。
      3️⃣ 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。

  • 注意事项：对于两个独立变化的维度，使用桥接模式再适合不过了。

1.2 概述

  定义：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。

  现在有一个需求，需要创建不同的图形，并且每个图形都有可能会有不同的颜色。我们可以利用继承的方式来设计类的关系，类图如下（未使用桥接模式）

在这里插入图片描述

  我们可以发现有很多的类，假如我们再增加一个形状或再增加一种颜色，就需要创建更多的类。

  试想，在一个有多种可能会变化的维度的系统中，用继承方式会造成类爆炸，扩展起来不灵活。每次在一个维度上新增一个具体实现都要增加多个子类。为了更加灵活的设计系统，我们此时可以考虑使用桥接模式。

1.3 桥接模式的结构

  • 桥接（Bridge）模式包含以下主要角色：
      1️⃣ 抽象化（Abstraction）角色 ：定义抽象类，并包含一个对实现化对象的引用。
      2️⃣ 扩展抽象化（Refined Abstraction）角色 ：是抽象化角色的子类，实现父类中的业务方法，并通过组合关系调用实现化角色中的业务方法。
      3️⃣ 实现化（Implementor）角色 ：定义实现化角色的接口，供扩展抽象化角色调用。
      4️⃣ 具体实现化（Concrete Implementor）角色 ：给出实现化角色接口的具体实现。


2 案例一

【案例】视频播放器

2.1 需求

  需要开发一个跨平台视频播放器，可以在不同操作系统平台（如Windows、Mac、Linux等）上播放多种格式的视频文件，常见的视频格式包括RMVB、AVI、WMV等。该播放器包含了两个维度，适合使用桥接模式。

  类图如下：

在这里插入图片描述

2.2 代码实现

视频文件（接口） 
/**
 * 视频文件(实现化角色)
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public interface VideoFile {

    // 解码功能
    void decode(String fileName);
}
avi视频文件（类） 
/**
 * avi视频文件（具体的实现化角色）
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public class AviFile implements VideoFile {

    @Override
    public void decode(String fileName) {
        System.out.println("avi视频文件 ：" + fileName);
    }
}
rmvb视频文件（类） 
/**
 * rmvb视频文件（具体的实现化角色）
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public class RmvbFile implements VideoFile {

    @Override
    public void decode(String fileName) {
        System.out.println("rmvb视频文件 ：" + fileName);
    }
}
抽象的操作系统类（抽象类） 
/**
 * 抽象的操作系统类(抽象化角色)
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public abstract class OperatingSystem {

    // 声明videFile变量
    protected VideoFile videoFile;

    public OperatingSystem(VideoFile videoFile) {
        this.videoFile = videoFile;
    }

    public abstract void play(String fileName);
}
windows操作系统（类） 
/**
 * 扩展抽象化角色(windows操作系统)
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public class Windows extends OperatingSystem {
    
    public Windows(VideoFile videoFile) {
        super(videoFile);
    }

    @Override
    public void play(String fileName) {
        videoFile.decode(fileName);
    }
}
Mac操作系统（类） 
/**
 * Mac操作系统(扩展抽象化角色)
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public class Mac extends OperatingSystem {

    public Mac(VideoFile videoFile) {
        super(videoFile);
    }

    public void play(String fileName) {
        videoFile.decode(fileName);
    }
}
（类） 
/**
 * 测试类
 *
 * @author LiaoYuXing-Ray
 **/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建mac系统对象
        OperatingSystem system = new Mac(new AviFile());
        // 使用操作系统播放视频文件
        system.play("《源代码》.avi");
    }
}

  代码运行结果如下：

	avi视频文件 ：《源代码》.avi

好处：

  • 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。

    如：如果现在还有一种视频文件类型wmv，我们只需要再定义一个类实现VideoFile接口即可，其他类不需要发生变化。

  • 实现细节对客户透明

使用场景：

  • 当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时。
  • 当一个系统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时。
  • 当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时。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。


3 案例二

本案例为菜鸟教程中的案例

2.1 需求

  使用相同的抽象类方法但是不同的桥接实现类，来画出不同颜色的圆。

  我们有一个作为桥接实现的 DrawAPI 接口和实现了 DrawAPI 接口的实体类 RedCircle、GreenCircle。Shape 是一个抽象类，将使用 DrawAPI 的对象。BridgePatternDemo 类使用 Shape 类来画出不同颜色的圆。

在这里插入图片描述

2.1 代码实现

步骤 1
  创建桥接实现接口。

DrawAPI.java 
public interface DrawAPI {
   public void drawCircle(int radius, int x, int y);
}

步骤 2
  创建实现了 DrawAPI 接口的实体桥接实现类。

RedCircle.java 
public class RedCircle implements DrawAPI {
   @Override
   public void drawCircle(int radius, int x, int y) {
      System.out.println("Drawing Circle[ color: red, radius: "
         + radius +", x: " +x+", "+ y +"]");
   }
}
GreenCircle.java 
public class GreenCircle implements DrawAPI {
   @Override
   public void drawCircle(int radius, int x, int y) {
      System.out.println("Drawing Circle[ color: green, radius: "
         + radius +", x: " +x+", "+ y +"]");
   }
}

步骤 3
  使用 DrawAPI 接口创建抽象类 Shape。

Shape.java 
public abstract class Shape {
   protected DrawAPI drawAPI;
   protected Shape(DrawAPI drawAPI){
      this.drawAPI = drawAPI;
   }
   public abstract void draw();  
}

步骤 4
  创建实现了 Shape 抽象类的实体类。

Circle.java 
public class Circle extends Shape {
   private int x, y, radius;
 
   public Circle(int x, int y, int radius, DrawAPI drawAPI) {
      super(drawAPI);
      this.x = x;  
      this.y = y;  
      this.radius = radius;
   }
 
   public void draw() {
      drawAPI.drawCircle(radius,x,y);
   }
}

步骤 5
  使用 Shape 和 DrawAPI 类画出不同颜色的圆。

BridgePatternDemo.java 
public class BridgePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Shape redCircle = new Circle(100,100, 10, new RedCircle());
      Shape greenCircle = new Circle(100,100, 10, new GreenCircle());
 
      redCircle.draw();
      greenCircle.draw();
   }
}

步骤 6
  执行程序，输出结果：

	Drawing Circle[ color: red, radius: 10, x: 100, 100]
	Drawing Circle[  color: green, radius: 10, x: 100, 100]


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