处理多维度变化——桥接模式(二)

10.2 桥接模式概述

桥接模式是一种很实用的结构型设计模式,如果软件系统中某个类存在两个独立变化的维度,通过该模式可以将这两个维度分离出来,使两者可以独立扩展,让系统更加符合“单一职责原则”。与多层继承方案不同,它将两个独立变化的维度设计为两个独立的继承等级结构,并且在抽象层建立一个抽象关联,该关联关系类似一条连接两个独立继承结构的桥,故名桥接模式。

桥接模式用一种巧妙的方式处理多层继承存在的问题,用抽象关联取代了传统的多层继承,将类之间的静态继承关系转换为动态的对象组合关系,使得系统更加灵活,并易于扩展,同时有效控制了系统中类的个数。桥接定义如下:

桥接模式(Bridge Pattern):将抽象部分与它的实现部分分离,使它们都可以独立地变化。它是一种对象结构型模式,又称为柄体(Handle and Body)模式或接口(Interface)模式。

桥接模式的结构与其名称一样,存在一条连接两个继承等级结构的桥,桥接模式结构如图10-3所示:

在桥接模式结构图中包含如下几个角色:

●Abstraction(抽象类):用于定义抽象类的接口,它一般是抽象类而不是接口,其中定义了一个Implementor(实现类接口)类型的对象并可以维护该对象,它与Implementor之间具有关联关系,它既可以包含抽象业务方法,也可以包含具体业务方法。

●RefinedAbstraction(扩充抽象类):扩充由Abstraction定义的接口,通常情况下它不再是抽象类而是具体类,它实现了在Abstraction中声明的抽象业务方法,在RefinedAbstraction中可以调用在Implementor中定义的业务方法。

●Implementor(实现类接口):定义实现类的接口,这个接口不一定要与Abstraction的接口完全一致,事实上这两个接口可以完全不同,一般而言,Implementor接口仅提供基本操作,而Abstraction定义的接口可能会做更多更复杂的操作。Implementor接口对这些基本操作进行了声明,而具体实现交给其子类。通过关联关系,在Abstraction中不仅拥有自己的方法,还可以调用到Implementor中定义的方法,使用关联关系来替代继承关系。

●ConcreteImplementor(具体实现类):具体实现Implementor接口,在不同的ConcreteImplementor中提供基本操作的不同实现,在程序运行时,ConcreteImplementor对象将替换其父类对象,提供给抽象类具体的业务操作方法。

桥接模式是一个非常有用的模式,在桥接模式中体现了很多面向对象设计原则的思想,包括“单一职责原则”、“开闭原则”、“合成复用原则”、“里氏代换原则”、“依赖倒转原则”等。熟悉桥接模式有助于我们深入理解这些设计原则,也有助于我们形成正确的设计思想和培养良好的设计风格。

在使用桥接模式时,我们首先应该识别出一个类所具有的两个独立变化的维度,将它们设计为两个独立的继承等级结构,为两个维度都提供抽象层,并建立抽象耦合。通常情况下,我们将具有两个独立变化维度的类的一些普通业务方法和与之关系最密切的维度设计为“抽象类”层次结构(抽象部分),而将另一个维度设计为“实现类”层次结构(实现部分)。例如:对于毛笔而言,由于型号是其固有的维度,因此可以设计一个抽象的毛笔类,在该类中声明并部分实现毛笔的业务方法,而将各种型号的毛笔作为其子类;颜色是毛笔的另一个维度,由于它与毛笔之间存在一种“设置”的关系,因此我们可以提供一个抽象的颜色接口,而将具体的颜色作为实现该接口的子类。在此,型号可认为是毛笔的抽象部分,而颜色是毛笔的实现部分,结构示意图如图10-4所示:

在图10-4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“实现部分”维度,典型的实现类接口代码如下所示:

interface Implementor {  
    public void operationImpl();  
}

在实现Implementor接口的子类中实现了在该接口中声明的方法,用于定义与该维度相对应的一些具体方法。

对于另一“抽象部分”维度而言,其典型的抽象类代码如下所示:

abstract class Abstraction {  
    protected Implementor impl; //定义实现类接口对象  

    public void setImpl(Implementor impl) {  
        this.impl=impl;  
    }  

    public abstract void operation();  //声明抽象业务方法  
}

在抽象类Abstraction中定义了一个实现类接口类型的成员对象impl,再通过注入的方式给该对象赋值,一般将该对象的可见性定义为protected,以便在其子类中访问Implementor的方法,其子类一般称为扩充抽象类或细化抽象类(RefinedAbstraction),典型的RefinedAbstraction类代码如下所示:

class RefinedAbstraction extends Abstraction {  
    public void operation() {  
        //业务代码  
        impl.operationImpl();  //调用实现类的方法  
        //业务代码  
    }  
}

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。

思考

如果系统中存在两个以上的变化维度,是否可以使用桥接模式进行处理?如果可以,系统该如何设计?

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