【Java设计模式】Bridge模式：在Java中解耦抽象与实现

【Java设计模式】Bridge模式：在Java中解耦抽象与实现

一、概述

在Java开发中，设计模式是提高代码质量和可维护性的重要工具。本文将介绍Bridge模式，它是一种结构型设计模式，用于解耦抽象与实现，增强软件系统的灵活性和可扩展性。

二、Bridge设计模式的别名

• Handle/Body

三、Bridge设计模式的意图

Bridge设计模式是Java中的一种结构模式，它将抽象与其实现解耦，允许两者独立变化。该模式对于开发灵活和可扩展的软件系统至关重要。

四、Bridge模式的详细解释及实际示例

1. 实际示例：
   • 在Java中，Bridge模式常用于GUI框架、数据库驱动程序和设备驱动程序中。例如，一个通用遥控器（抽象）可以通过一致的接口操作各种电视品牌（实现）。
   • 想象一个通用遥控器（抽象）可以操作不同品牌和类型的电视（实现）。遥控器提供了一致的接口来执行诸如打开/关闭、更改频道和调整音量等操作。每个电视品牌或类型都有自己特定的这些操作的实现。通过使用Bridge模式，遥控器接口与电视实现解耦，允许遥控器与任何电视一起工作，无论其品牌或内部工作方式如何。这种分离允许添加新的电视型号而无需更改遥控器的代码，并且可以开发不同的遥控器来与同一组电视一起工作。
2. 通俗解释：
   • Bridge模式是关于优先使用组合而不是继承。实现细节从一个层次结构推到另一个具有单独层次结构的对象。
3. 维基百科解释：
   • Bridge模式是一种用于软件工程的设计模式，旨在“将抽象与其实现解耦，以便两者可以独立变化”。

五、Java中Bridge模式的编程示例

想象一下，你有一件武器可以有各种附魔，你需要将不同的武器与不同的附魔结合起来。你会如何处理这个问题？你会为每个武器创建多个副本，每个副本都有不同的附魔，还是会创建单独的附魔并根据需要将它们应用于武器？Bridge模式使你能够做到后者。

这里我们有Weapon层次结构：

public interface Weapon {
    void wield();
    void swing();
    void unwield();
    Enchantment getEnchantment();
}
public class Sword implements Weapon {
    private final Enchantment enchantment;
    public Sword(Enchantment enchantment) {
        this.enchantment = enchantment;
    }
    @Override
    public void wield() {
        LOGGER.info("The sword is wielded.");
        enchantment.onActivate();
    }
    @Override
    public void swing() {
        LOGGER.info("The sword is swung.");
        enchantment.apply();
    }
    @Override
    public void unwield() {
        LOGGER.info("The sword is unwielded.");
        enchantment.onDeactivate();
    }
    @Override
    public Enchantment getEnchantment() {
        return enchantment;
    }
}
public class Hammer implements Weapon {
    private final Enchantment enchantment;
    public Hammer(Enchantment enchantment) {
        this.enchantment = enchantment;
    }
    @Override
    public void wield() {
        LOGGER.info("The hammer is wielded.");
        enchantment.onActivate();
    }
    @Override
    public void swing() {
        LOGGER.info("The hammer is swung.");
        enchantment.apply();
    }
    @Override
    public void unwield() {
        LOGGER.info("The hammer is unwielded.");
        enchantment.onDeactivate();
    }
    @Override
    public Enchantment getEnchantment() {
        return enchantment;
    }
}

这里是单独的Enchantment层次结构：

public interface Enchantment {
    void onActivate();
    void apply();
    void onDeactivate();
}
public class FlyingEnchantment implements Enchantment {
    @Override
    public void onActivate() {
        LOGGER.info("The item begins to glow faintly.");
    }
    @Override
    public void apply() {
        LOGGER.info("The item flies and strikes the enemies finally returning to owner's hand.");
    }
    @Override
    public void onDeactivate() {
        LOGGER.info("The item's glow fades.");
    }
}
public class SoulEatingEnchantment implements Enchantment {
    @Override
    public void onActivate() {
        LOGGER.info("The item spreads bloodlust.");
    }
    @Override
    public void apply() {
        LOGGER.info("The item eats the soul of enemies.");
    }
    @Override
    public void onDeactivate() {
        LOGGER.info("Bloodlust slowly disappears.");
    }
}

下面是两个层次结构的实际应用：

public static void main(String[] args) {
    LOGGER.info("The knight receives an enchanted sword.");
    var enchantedSword = new Sword(new SoulEatingEnchantment());
    enchantedSword.wield();
    enchantedSword.swing();
    enchantedSword.unwield();
    LOGGER.info("The valkyrie receives an enchanted hammer.");
    var hammer = new Hammer(new FlyingEnchantment());
    hammer.wield();
    hammer.swing();
    hammer.unwield();
}

以下是控制台输出。

The knight receives an enchanted sword.
The sword is wielded.
The item spreads bloodlust.
The sword is swung.
The item eats the soul of enemies.
The sword is unwielded.
Bloodlust slowly disappears.
The valkyrie receives an enchanted hammer.
The hammer is wielded.
The item begins to glow faintly.
The hammer is swung.
The item flies and strikes the enemies finally returning to owner's hand.
The hammer is unwielded.
The item's glow fades.

六、Bridge模式类图

七、Java中何时使用Bridge模式

考虑在以下情况下使用Bridge模式：

1. 当你需要避免抽象与其实现之间的永久绑定，例如在运行时必须选择或切换实现时。
2. 抽象和它们的实现都应该通过子类化进行扩展，允许每个组件独立扩展。
3. 对抽象实现的更改不应影响客户端，意味着他们的代码不应需要重新编译。
4. 当你的层次结构中出现大量类时，表明需要将一个对象拆分为两个部分，Rumbaugh将此概念称为“嵌套泛化”。
5. 当你想在多个对象之间共享一个实现，可能使用引用计数，同时将此细节隐藏在客户端之外，如Coplien的String类所示，其中多个对象可以共享相同的字符串表示。

八、Java中Bridge模式的实际应用

1. GUI框架，其中抽象是窗口，实现可以是底层的操作系统窗口系统。
2. 数据库驱动程序，其中抽象是通用数据库接口，实现是特定数据库的驱动程序。
3. 设备驱动程序，其中抽象是设备无关代码，实现是设备相关代码。

九、Bridge模式的优点和权衡

1. 优点：
   • 解耦接口和实现：Bridge模式通过将接口（高级操作）与实现（低级操作）分离来增强模块化。
   • 提高可扩展性：你可以独立扩展抽象和实现层次结构。
   • 隐藏实现细节：客户端只看到抽象的接口，而不是其实现。
2. 权衡：
   • 增加复杂性：该模式可能会使系统架构和代码复杂化，特别是对于不熟悉该模式的客户端。
   • 运行时开销：额外的抽象层可能会引入性能损失，尽管在实践中通常可以忽略不计。

十、源码下载

Bridge模式示例代码下载

通过本文的介绍，相信大家对Java中的Bridge模式有了更深入的了解。在实际开发中，合理运用Bridge模式可以提高代码的灵活性和可扩展性，同时降低代码的耦合性，为构建高质量的软件系统提供有力支持。