Java 设计模式之桥接模式（Bridge Pattern）

1. 概述

桥接模式（Bridge Pattern）是一种用于将抽象部分与其实现部分分离的结构型设计模式。这种模式通过组合关系而不是继承关系来连接抽象与实现，使代码更具扩展性和维护性。桥接模式的核心思想是将抽象和实现解耦，使得两者可以独立变化。

更多设计模式请参考：Java 中的 23 种设计模式详解

2. 模式结构

桥接模式包括以下几个部分：

抽象部分（Abstraction）：定义抽象接口，并持有一个指向实现部分对象的引用。
精确抽象部分（Refined Abstraction）：扩展抽象部分，增加具体功能。
实现部分（Implementor）：定义实现接口，提供基本操作的定义。
具体实现部分（Concrete Implementor）：具体实现 Implementor 接口，提供具体的操作实现。

3. 模式原理

桥接模式的原理是通过组合关系来代替继承关系，将抽象部分和实现部分分离，使得它们可以独立地变化。这样可以避免类的数量爆炸，提高代码的扩展性和维护性。具体来说：

抽象和实现分离：通过引入一个实现接口，使得抽象部分不直接依赖具体实现，而是依赖于接口。
独立变化：抽象部分和实现部分可以独立地变化和扩展，互不影响。
运行时绑定：在运行时，可以动态地将抽象部分和具体实现部分组合起来。

4. UML 类图

Abstraction
    +operation()
    -Implementor: Implementor

RefinedAbstraction
    +operation()

Implementor
    +operationImpl()

ConcreteImplementorA
    +operationImpl()

ConcreteImplementorB
    +operationImpl()

5. 示例代码

我们以图形绘制为例，假设有不同类型的图形和不同的颜色。通过桥接模式，我们可以将图形和颜色分离，使它们可以独立变化。

Step 1: 定义实现接口 Color

// 实现接口，用于定义颜色的操作
public interface Color {
    void applyColor(); // 应用颜色的方法
}

Step 2: 实现具体的颜色 Red 和 Green

// 具体的红色实现类，实现 Color 接口
public class Red implements Color {
    @Override
    public void applyColor() {
        System.out.println("Red color applied."); // 应用红色
    }
}

// 具体的绿色实现类，实现 Color 接口
public class Green implements Color {
    @Override
    public void applyColor() {
        System.out.println("Green color applied."); // 应用绿色
    }
}

Step 3: 定义抽象类 Shape

// 抽象类 Shape，持有一个 Color 类型的引用
public abstract class Shape {
    protected Color color; // 实现部分的引用

    // 构造函数，接受一个 Color 实现对象
    protected Shape(Color color) {
        this.color = color;
    }

    public abstract void draw(); // 抽象的绘制方法
}

Step 4: 实现具体的形状 Circle 和 Rectangle

// 具体的圆形实现类，扩展自 Shape
public class Circle extends Shape {
    public Circle(Color color) {
        super(color); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.print("Circle drawn. "); // 输出图形信息
        color.applyColor(); // 应用颜色
    }
}

// 具体的矩形实现类，扩展自 Shape
public class Rectangle extends Shape {
    public Rectangle(Color color) {
        super(color); // 调用父类构造函数
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.print("Rectangle drawn. "); // 输出图形信息
        color.applyColor(); // 应用颜色
    }
}

Step 5: 测试桥接模式

// 测试类，用于演示桥接模式的应用
public class BridgePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个红色的圆形
        Shape redCircle = new Circle(new Red());
        // 创建一个绿色的矩形
        Shape greenRectangle = new Rectangle(new Green());

        // 绘制红色的圆形
        redCircle.draw();
        // 绘制绿色的矩形
        greenRectangle.draw();
    }
}

6. 输出

Circle drawn. Red color applied.
Rectangle drawn. Green color applied.

7. 优点

分离抽象和实现：桥接模式将抽象和实现分离，提高了代码的扩展性和灵活性。
遵循开闭原则：可以独立地扩展抽象部分和实现部分，不会影响现有代码。
减少类的数量：通过组合而非继承，可以避免类的爆炸性增长。

8. 应用场景

桥接模式适用于以下场景：

多维度变化：当一个类存在多个独立变化的维度时，比如图形的形状和颜色，这些维度需要独立扩展和变化，可以使用桥接模式将这些维度分离，使它们可以独立变化。

示例：假设我们有不同类型的图形（如圆形、矩形）和不同的颜色（如红色、绿色），可以将图形和颜色分离，使得它们可以独立变化。每增加一种图形或颜色，不需要修改现有代码，只需增加新的实现即可。
运行时绑定：当需要在运行时动态地改变抽象部分和实现部分的组合关系时，可以使用桥接模式。通过桥接模式，可以在运行时选择不同的实现，增强系统的灵活性。

示例：假设我们有一个绘图应用程序，用户可以选择不同的绘图工具（如画笔、铅笔）和不同的绘图风格（如实线、虚线），可以使用桥接模式将绘图工具和绘图风格分离，使得用户可以在运行时动态选择不同的组合。
避免继承层次过多：当系统需要在多个维度上进行扩展，如果使用继承会导致类的爆炸性增长，可以使用桥接模式将这些维度分离，减少类的数量，避免继承层次过多。

示例：假设我们有一个图形库，支持不同的图形（如圆形、矩形）和不同的绘图引擎（如OpenGL、DirectX），如果使用继承，每增加一种图形或绘图引擎，都需要增加多个类。使用桥接模式，可以将图形和绘图引擎分离，使得每增加一种图形或绘图引擎，只需增加一个新的实现类，减少类的数量。

9. 总结

桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，旨在将抽象部分与其实现部分分离，从而使两者可以独立地变化。桥接模式通过组合关系代替继承关系，将抽象和实现解耦，使代码更具扩展性和维护性。它的核心思想是通过引入一个实现接口，使抽象部分不直接依赖具体实现，而是依赖于接口，从而达到独立扩展和运行时动态绑定的效果。