设计模式之 Bridge - 桥接模式

Bridge模式也叫桥接模式，是由GoF提出的23种软件设计模式的一种。Bridge模式在调用方与被调用方之间使用一个起着“桥”作用的类，用来支持类的多方向扩展。

本文介绍设计模式中的桥接（Bridge）模式的概念，用法，以及实际应用中怎么样使用桥接模式进行开发。

Bridge模式的概念

Bridge 模式是构造型的设计模式之一。Bridge模式基于类的最小设计原则，通过使用封装，聚合以及继承等行为来让不同的类承担不同的责任。它的主要特点是把抽象（abstraction）与行为实现（implementation）分离开来，从而可以保持各部分的独立性以及应对它们的功能扩展。

Bridge模式的应用场景

面向对象的程序设计（OOP）里有类继承（子类继承父类）的概念，如果一个类或接口有多个具体实现子类，如果这些子类具有以下特性：
- 存在相对并列的子类属性。
- 存在概念上的交叉。
- 可变性。
我们就可以用Bridge模式来对其进行抽象与具体，对相关类进行重构。

为了容易理解，我们举例说明一下，比如汽车类（Car），假设有2个子类，卡车类（Truck）与公交车类（Bus），它们有[设置引擎]这个动作行为，通过不同引擎规格的设置，可以将它们设置为比如为1500cc（Car1500），和2000cc（Car2000）的车。
这样，不管是1500cc的卡车还是2000cc的卡车，抑或是1500cc的公交车还是2000cc的公交车，它们都可以是汽车类的子类，而且：
- 存在相对并列的子类属性。汽车的种类，与汽车引擎规格是汽车的2个并列的属性，没有概念上的重复。
- 存在概念上的交叉。不管是卡车还是公交车，都有1500cc与2000cc引擎规格的车。
- 可变性。除了卡车，公交车之外，可能还有救火车；除了有1500cc与2000cc引擎规格的车之外，还可能有2500cc的车等等。

这样一来，我们怎么来设计汽车类呢？
1，方法一：通过继承设计所有可能存在的子类。可能我们会想到下面的这种继承关系：
汽车总类：Car
汽车子类 - 按种类分类：Bus，Truck
汽车子类 - 按引擎分类：Bus1500，Bus2000，Truck1500，Truck2000
这样设置引擎这个动作就由各个子类加以实现。

但如果以后需要增加一种救火车（FireCar），以及增加一个引擎规格2500cc，需要实现的子类将会有：
Bus1500，Bus2000，Bus2500，Truck1500，Truck2000，Truck2500，FireCar1500，FireCar2000，FireCar2500
多达9个。
也就是说，这种设计方法，子类数目将随几何级数增长。
而且，Bus1500，Truck1500的引擎规格相同，它们的引擎设置动作应该是一样的，但现在把它们分成不同的子类，难以避免执行重复的动作行为。


2，方法二：分别为Bus以及Truck实现设置不同引擎的方法
汽车总类：Car
汽车子类：Bus，Truck

然后在Bus类里分别提供1500cc以及2000cc引擎的设置方法：
Bus extends Car {
    public setEngine1500cc();
    public setEngine2000cc();
}

在Truck类里也分别提供1500cc以及2000cc引擎的设置方法：
Truck extends Car {
    public setEngine1500cc();
    public setEngine2000cc();
}

这种情况，子类的数量是被控制了。但一方面，如果每增加一种引擎规格，需要修改所有的汽车子类；另一方面，即使引擎的设置行为一样，但是不同的汽车子类却需要提供完全一样的方法。

在实际的应用开发中，以上2种方法都会造成迁一发而动全身，而且会存在大量的重复代码。

Bridge模式可以很好的解决这类问题。
我们先看看Bridge模式的类图描述：

[图：出自wikipedia.org]

Client
    Bridge模式的使用者
Abstraction
    抽象类接口（接口或抽象类）
    维护对行为实现（Implementor）的引用
Refined Abstraction
    Abstraction子类
Implementor
    行为实现类接口 (Abstraction接口定义了基于Implementor接口的更高层次的操作)
ConcreteImplementor
    Implementor子类

Bridge模式的应用范例

我们来看看怎么应用Bridge模式来设计汽车类。

抽象 - Abstraction类：汽车类及其子类：
Car：汽车总类
Truck：汽车子类 - 卡车类。
Bus：汽车子类 - 公交车类。

行为实现 - Implementor：汽车引擎设置的行为类及子类
SetCarEngine：汽车引擎的设置接口
SetCarEngine1500cc：设置1500cc引擎
SetCarEngine2000cc：设置2000cc引擎

Client类：使用Bridge模式
Client：测试

代码：

package zieckey.designpatterns.study.bridge;

//测试

public class Client
{
    public static void main( String[] argv )
    {
        Engine engine1500 = new Engine1500CC();
        Engine engine2200 = new Engine2200CC();
        
        Vehicle bus1500 = new Bus( engine1500 );
        Vehicle bus2200 = new Bus( engine2200 );
        bus1500.setEngine();
        bus2200.setEngine();
        
        Vehicle truck1500 = new Truck( engine1500 );
        Vehicle truck2200 = new Truck( engine2200 );
        truck1500.setEngine();
        truck2200.setEngine();
    }
}




package zieckey.designpatterns.study.bridge;

/**
 *
 * 汽车类（Vehicle），假设有2个子类，卡车类（Truck）与公交车类（Bus），
 * 它们有[设置引擎]这个动作行为，通过不同引擎规格的设置，
 * 可以将它们设置为比如为1500cc（Car1500），和2000cc（Car2000）的车。
 * 这样，不管是1500cc的卡车还是2000cc的卡车，抑或是1500cc的公交车还是2000cc的公交车，它们都可以是汽车类的子类，而且：
 *     - 存在相对并列的子类属性。汽车的种类，与汽车引擎规格是汽车的2个并列的属性，没有概念上的重复。
 *     - 存在概念上的交叉。不管是卡车还是公交车，都有1500cc与2000cc引擎规格的车。
 *     - 可变性。除了卡车，公交车之外，可能还有救火车；除了有1500cc与2000cc引擎规格的车之外，还可能有2500cc的车等等。
 *
 * @author zieckey
 * @since 2008/06/23
 */
public abstract class Vehicle
{
    private Engine engine;
    Vehicle( Engine engine )
    {
        this.setEngine( engine );
    }
    
    public abstract void setEngine();

    public void setEngine( Engine engine )
    {
        this.engine = engine;
    }

    public Engine getEngine()
    {
        return engine;
    }
}






package zieckey.designpatterns.study.bridge;

//Abstraction子类：这里为汽车抽象类的子类

public class Bus extends Vehicle
{
    public Bus( Engine engine)
    {
        super( engine );
    }
    
    @Override
    public void setEngine()
    {
        System.out.print("Set Bus Engine: ");
        getEngine().setEngine();
    }
}





package zieckey.designpatterns.study.bridge;

//Abstraction子类：这里为汽车抽象类的子类

public class Truck extends Vehicle
{
    public Truck( Engine engine )
    {
        super( engine );
    }

    @Override
    public void setEngine()
    {
        System.out.print("Set Truck Engine: ");
        getEngine().setEngine();
    }

}





package zieckey.designpatterns.study.bridge;


//汽车类的行为接口

public interface Engine
{
    public void setEngine();
}




package zieckey.designpatterns.study.bridge;

/** ConcreteImplementor */
//行为实现子类

public class Engine2200CC implements Engine
{

    public void setEngine()
    {
        System.out.println("engine 2200CC");
    }    
    
}




package zieckey.designpatterns.study.bridge;

/** ConcreteImplementor */
//行为实现子类

public class Engine1500CC implements Engine
{

    public void setEngine()
    {
        System.out.println("engine 1500CC");
    }    
    
}

输出：

Set Bus Engine: engine 1500CC
Set Bus Engine: engine 2200CC
Set Truck Engine: engine 1500CC
Set Truck Engine: engine 2200CC