logo头像

👨‍💻冷锋のIT小屋

Java设计模式(10)-桥接模式

有这样一个需求:手机都有发短信、打电话等功能,而且手机有各种各样的样式,比如翻盖手机、直板手机、滑盖手机、折叠手机等等,同时,手机还有各种各样的品牌,苹果、洛基亚、华为、小米、VIVO等等,我们应该如何来设计类之间的关系,并保持良好的可扩展性呢?

1. 糟糕的继承设计方式

通常,我们会使用简单的继承的方式来设计类,因为继承的方式我们最容易想到,继承设计的类图如下:

bridge pattern1
Figure 1. 继承的方式设计类图

上边的类设计,从手机样式的维度出发,将手机划分为翻盖手机、直板手机,他们继承自"手机"父类,下边的各个品牌在分别按照手机样式分类,继承自样式父类。这样的设计,表面上能够解决问题,但是带来的非常大的缺点:

  1. 类非常多,每一种手机样式下,所有的品牌都需要建立这种样式的类,我们将这种现象称为类爆炸;

  2. 难以扩展和维护,增加一种手机样式,所有的品牌都需要在这种样式下添加新的类,如果增加一种品牌,那么原有的所有样式下都需要增加新品牌的类,这违反了单一职责原则 [1] 和开闭原则 [1]

前边 面向对象设计模式遵循的原则 一文时我们说过,继承最主要的缺点在于其破坏了类的封装性,父类的修改也会导致子类的变化,子类和父类的依赖关系非常紧密。因此,在考虑使用继承关系时,首先要明确类之间是否是明确的is a的关系,而不是like a,并遵循里式替换原则,另外,合成复用原则也指出:设计类时优先考虑使用合聚合和组用而不是继承。

桥接模式能够很好的解决像这样存在多个维度变化对象(比如这里的手机样式和品牌)的设计问题。

2. 桥接模式介绍

2.1. 桥接模式简介

桥接模式(Bridge Pattern)的定义如下:将抽象部分与它的实现部分分离,使他们都可以独立变化。

桥接模式包括如下的几种角色:

  • 抽象化(Abstraction)角色:抽象类,并包含一个对实现化对象的引用

  • 扩展抽象化(Refined Abstraction)角色: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

  • 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

  • 具体实现化(Concrete Implementor)角色:实现化角色接口的具体实现

几种觉色之间的关系如下图所示:

bridge pattern2
Figure 2. 桥接模式的结构类图

抽象化角色、实现化角色将桥接模式结构分为两个部分:抽象部分由抽象化角色作为父类,实现部分由实现化角色为父类。然后抽象化角色依赖了实现化角色,中间的依赖线类似一座桥梁,很形象的说明了桥接模式的命名由来。从上边的类图可以看出,桥接模式是合成复用原则的体现,通过抽象化角色聚合实现化角色,将双方联系起来,这样既便于扩展,又能减少类的数量。

桥接模式的优点:

  • 多个变化维度拆分为抽象和实现两个部分,都可以独立变化,程序易扩展

  • 遵循开闭原则,添加新类时,仅需要修改客户端调用代码,而其他代码不需要变化,对扩展开放对修改关闭

  • 遵循合成复用原则

注意,桥接模式定义中说的抽象与实现分离,并不是说将抽象类和其派生子类分离,这样做并无意义。这只是告诉我们在设计类时,首先需要明确可能变化的维度,将多个变化的维度都单独抽取出来,使得他们都可以独立的扩展。

比如前边的设计样式和手机品牌,这两个维度都会变化,可以将其抽象出来,手机的基本功能如打电话、发短信可以放到品牌中来实现,它就是作为实现部分,而手机样式作为抽象部分实现手机样式的不同功能。具体类图如下;

bridge pattern3
Figure 3. 桥接模式解决手机设计问题

现在,我们编码来实现上述手机问题。

2.2. 桥接模式示例代码

1、首先,抽象手机品牌接口PhoneBrand,它作为实现化角色(Implementor):

实现化角色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
// 手机品牌接口
interface PhoneBrand {
// 获取品牌名称
String getName();

// 打电话
default String call() {
return "用" + this.getName() + "手机打电话";
}
}

这里只写了两个功能:获取手机品牌命令和打电话。

2、其次,定义手机抽象类,具有手机的基本功能:

抽象化角色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
// 基础抽象类
abstract class Phone {
// 手机类型名称
abstract String typeName();

// 手机的打电话功能
abstract String call();

// 获取手机品牌
abstract PhoneBrand getBrand();
}

它作为手机的抽象化(Abstraction)角色,依赖了手机品牌类PhoneBrand

3、然后,手机品牌具体实现:

具体实现化角色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
// 华为手机
class HuaweiPhone implements PhoneBrand {
@Override
public String getName() {
return "华为";
}
}

// 小米
class XiaomiPhone implements PhoneBrand {
@Override
public String getName() {
return "小米";
}
}

手机样式具体实现:

具体抽象化角色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
// 折叠手机
class FoldedPhone extends Phone {
private PhoneBrand phoneBrand;

// 聚合PhoneBrand,并且通过它实现打电话
public FoldedPhone(PhoneBrand phoneBrand) {
this.phoneBrand = phoneBrand;
}

@Override
String typeName() {
return "折叠";
}

@Override
String call() {
// 转交给PhoneBrand来打电话
return this.getBrand().call();
}

@Override
PhoneBrand getBrand() {
return this.phoneBrand;
}
}
直板手机代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
// 直板手机
class BarPhone extends Phone {
private PhoneBrand phoneBrand;

// 聚合PhoneBrand,并且通过它实现打电话
public BarPhone(PhoneBrand phoneBrand) {
this.phoneBrand = phoneBrand;
}

@Override
String typeName() {
return "直板";
}

@Override
String call() {
// 转交给PhoneBrand来打电话
return this.getBrand().call();
}

@Override
PhoneBrand getBrand() {
return this.phoneBrand;
}
}

4、客户端调用代码

1
2
3
4
Phone phone = new FoldedPhone(new HuaweiPhone());
System.out.println("样式:" + phone.typeName() + ", 打电话:" + phone.call());
phone = new BarPhone(new XiaomiPhone());
System.out.println("样式:" + phone.typeName() + ", 打电话:" + phone.call());

输出:

样式:折叠, 打电话:用华为手机打电话
样式:直板, 打电话:用小米手机打电话

5、现在,添加一个Vivo的手机品牌,只需要新加一个类即可:

1
2
3
4
5
6
7
// Vivo
class VivoPhone implements PhoneBrand {
@Override
public String getName() {
return "Vivo";
}
}

然后客户端调用:

1
2
phone = new BarPhone(new VivoPhone());
System.out.println("样式:" + phone.typeName() + ", 打电话:" + phone.call());

其他类不需要做任何改动,是不是很爽呢?

2.3. 理解调用关系

通过上边的实例代码,我们再来梳理一下调用关系,看看"桥接"到底是什么接起来的。

以华为直板手机打电话为例,其调用过程如下:

bridge pattern4

图中红色虚线部分就是桥接的过程,客户端调用BarPhonecall()方法,其实会从父类Phone获取PhoneBrand的实现HuaweiPhone类,然后调用其call方法,其实这里可以看做是一种委托机制,层层委托然后最终交给具体实现角色的方法来真正的处理业务逻辑。由于这里的例子很简单,应该不难理解。

3. 桥接模式的使用场景

桥接模式适用场景如下:

  1. 类存在多种变化维度,每种维度都会独立变化的场景

  2. 不能很好的使用继承,如会产生类爆炸等缺陷时,替换继承为组合,桥接模式更适用

例如,开发消息系统,消息存在消息业务类型(如普通、加急消息)、消息方式(微信、短信、邮件)等多维度变化时,可以考虑桥接模式;又如,开发电商系统,商品存在多个维度的属性变化,如SPU [2]、SKU [3] 等属性,可以考虑使用桥接模式。

本文示例代码见: Github


2. SPU,Standard Product Unit, 即标准化产品单元,SPU是商品信息聚合的最小单位,是一组可复用、易检索的标准化信息的集合,该集合描述了一个产品的特性。通俗点讲,属性值、特性相同的商品就可以称为一个SPU。SPU属性不影响商铺库存和价格,参考: http://www.woshipm.com/pd/1973766.html
3. SKU, Stock Keeping Unit, 库存量单位) SKU即库存进出计量的单位,是物理上不可分割的最小存货单元。一款商品,可以根据SKU来确定具体的货物存量。SKU属性会影响到库存和价格的属性, 又叫销售属性。参考: http://www.woshipm.com/pd/1973766.html
支付宝打赏 微信打赏

赞赏是不耍流氓的鼓励