Vincent

一、?橋梁（Bridge）模式

橋梁模式是一個(gè)非常有用的模式，也是比較復(fù)雜的一個(gè)模式。熟悉這個(gè)模式對(duì)于理解面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則，包括"開(kāi)－閉"原則(OCP)以及組合/聚合復(fù)用原則(CARP)都很有幫助。理解好這兩個(gè)原則，有助于形成正確的設(shè)計(jì)思想和培養(yǎng)良好的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

注：《Java與模式》一書(shū)認(rèn)為Bridge模式不是一個(gè)使用頻率很高的模式，我不太贊同，我認(rèn)為Bridge模式中蘊(yùn)涵了很多設(shè)計(jì)模式的關(guān)鍵思想在里面，所以我這里采納了《Design Patterns Explained》一書(shū)的作者Alan Shalloway與James R. Trott的觀點(diǎn)：The Bridge pattern is quite a bit more complex than the other patterns you just learned; it is also much more useful.

橋梁模式的用意

【GOF95】在提出橋梁模式的時(shí)候指出，橋梁模式的用意是"將抽象化(Abstraction)與實(shí)現(xiàn)化(Implementation)脫耦，使得二者可以獨(dú)立地變化"。這句話有三個(gè)關(guān)鍵詞，也就是抽象化、實(shí)現(xiàn)化和脫耦。

抽象化

存在于多個(gè)實(shí)體中的共同的概念性聯(lián)系，就是抽象化。作為一個(gè)過(guò)程，抽象化就是忽略一些信息，從而把不同的實(shí)體當(dāng)做同樣的實(shí)體對(duì)待【LISKOV94】。

實(shí)現(xiàn)化

抽象化給出的具體實(shí)現(xiàn)，就是實(shí)現(xiàn)化。

脫耦

所謂耦合，就是兩個(gè)實(shí)體的行為的某種強(qiáng)關(guān)聯(lián)。而將它們的強(qiáng)關(guān)聯(lián)去掉，就是耦合的解脫，或稱脫耦。在這里，脫耦是指將抽象化和實(shí)現(xiàn)化之間的耦合解脫開(kāi)，或者說(shuō)是將它們之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)改換成弱關(guān)聯(lián)。

將兩個(gè)角色之間的繼承關(guān)系改為聚合關(guān)系，就是將它們之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)改換成為弱關(guān)聯(lián)。因此，橋梁模式中的所謂脫耦，就是指在一個(gè)軟件系統(tǒng)的抽象化和實(shí)現(xiàn)化之間使用組合/聚合關(guān)系而不是繼承關(guān)系，從而使兩者可以相對(duì)獨(dú)立地變化。這就是橋梁模式的用意。

二、?橋梁模式的結(jié)構(gòu)

橋梁模式【GOF95】是對(duì)象的結(jié)構(gòu)模式，又稱為柄體(Handle and Body)模式或接口(Interface)模式。

下圖所示就是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了橋梁模式的示意性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

可以看出，這個(gè)系統(tǒng)含有兩個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)，也就是：

• 由抽象化角色和修正抽象化角色組成的抽象化等級(jí)結(jié)構(gòu)。
• 由實(shí)現(xiàn)化角色和兩個(gè)具體實(shí)現(xiàn)化角色所組成的實(shí)現(xiàn)化等級(jí)結(jié)構(gòu)。

橋梁模式所涉及的角色有：

• 抽象化(Abstraction)角色：抽象化給出的定義，并保存一個(gè)對(duì)實(shí)現(xiàn)化對(duì)象的引用。
• 修正抽象化(Refined Abstraction)角色：擴(kuò)展抽象化角色，改變和修正父類(lèi)對(duì)抽象化的定義。
• 實(shí)現(xiàn)化(Implementor)角色：這個(gè)角色給出實(shí)現(xiàn)化角色的接口，但不給出具體的實(shí)現(xiàn)。必須指出的是，這個(gè)接口不一定和抽象化角色的接口定義相同，實(shí)際上，這兩個(gè)接口可以非常不一樣。實(shí)現(xiàn)化角色應(yīng)當(dāng)只給出底層操作，而抽象化角色應(yīng)當(dāng)只給出基于底層操作的更高一層的操作。
• 具體實(shí)現(xiàn)化(Concrete Implementor)角色：這個(gè)角色給出實(shí)現(xiàn)化角色接口的具體實(shí)現(xiàn)。

三、?橋梁模式的示意性源代碼

// ?Bridge?pattern?--?Structural?example??
using ?System;

// ?"Abstraction"
class ?Abstraction
{
?? // ?Fields
?? protected ?Implementor?implementor;

?? // ?Properties
?? public ?Implementor?Implementor
?? {
???? set {?implementor? = ?value;?}
??}

?? // ?Methods
?? virtual ? public ? void ?Operation()
?? {
????implementor.Operation();
??}
}

// ?"Implementor"
abstract ? class ?Implementor
{
?? // ?Methods
?? abstract ? public ? void ?Operation();
}

// ?"RefinedAbstraction"
class ?RefinedAbstraction?:?Abstraction
{
?? // ?Methods
?? override ? public ? void ?Operation()
?? {
????implementor.Operation();
??}
}

// ?"ConcreteImplementorA"
class ?ConcreteImplementorA?:?Implementor
{
?? // ?Methods
?? override ? public ? void ?Operation()
?? {
????Console.WriteLine( " ConcreteImplementorA?Operation " );
??}
}

// ?"ConcreteImplementorB"
class ?ConcreteImplementorB?:?Implementor
{
?? // ?Methods
?? override ? public ? void ?Operation()
?? {
????Console.WriteLine( " ConcreteImplementorB?Operation " );
??}
}

/**/ /// ? <summary>
/// ?Client?test
/// ? </summary>
public ? class ?Client
{
?? public ? static ? void ?Main(? string []?args?)
?? {
????Abstraction?abstraction? = ? new ?RefinedAbstraction();

???? // ?Set?implementation?and?call
????abstraction.Implementor? = ? new ?ConcreteImplementorA();
????abstraction.Operation();

???? // ?Change?implemention?and?call
????abstraction.Implementor? = ? new ?ConcreteImplementorB();
????abstraction.Operation();
??}
}

四、?調(diào)制解調(diào)器問(wèn)題

感覺(jué)《敏捷軟件開(kāi)發(fā)－原則、模式與實(shí)踐》中關(guān)于Bridge模式的例子很好。（《Java與模式》一書(shū)33章的對(duì)變化的封裝一節(jié)也寫(xiě)得很不錯(cuò)，推薦大家讀一讀。它深入的闡述了《Design Patterns Explained》一書(shū)中"1）Design to interfaces. 2)Favor composition over inheritance. 3)Find what varies and encapsulate it"的三個(gè)觀點(diǎn)。）。

如圖所示，有大量的調(diào)制解調(diào)器客戶程序在使用Modem接口。Modem接口被幾個(gè)派生類(lèi)HayesModem、USRoboticsModem和EarniesModem實(shí)現(xiàn)。它很好地遵循了OCP、LSP和DIP。當(dāng)增加新種類(lèi)的調(diào)制解調(diào)器時(shí)，調(diào)制解調(diào)器的客戶程序不會(huì)受影響。

假定這種情形持續(xù)了幾年，并有許多調(diào)制解調(diào)器的客戶程序都在使用著Modem接口。現(xiàn)出現(xiàn)了一種不撥號(hào)的調(diào)制解調(diào)器，被稱為專(zhuān)用調(diào)制解調(diào)器。它們位于一條專(zhuān)用連接的兩端。有幾個(gè)新應(yīng)用程序使用這些專(zhuān)用調(diào)制解調(diào)器，它們無(wú)需撥號(hào)。我們稱這些使用者為DedUser。但是，客戶希望當(dāng)前所有的調(diào)制解調(diào)器客戶程序都可以使用這些專(zhuān)用調(diào)制解調(diào)器。他們不希望去更改許許多多的調(diào)制解調(diào)器客戶應(yīng)用程序，所以完全可以讓這些調(diào)制解調(diào)器客戶程序去撥一些假(dummy)電話號(hào)碼。

如果能選擇的話，我們會(huì)把系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更改為下圖所示的那樣。

我們把撥號(hào)和通信功能分離為兩個(gè)不同的接口。原來(lái)的調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)接口，而調(diào)制解調(diào)器客戶程序使用這兩個(gè)接口。DedUser只使用Modem接口，而DedicateModem只實(shí)現(xiàn)Modem接口。但這樣做會(huì)要求我們更改所有的調(diào)制解調(diào)器客戶程序--這是客戶不允許的。

一個(gè)可能的解決方案是讓DedicatedModem從Modem派生并且把dial方法和hangup方法實(shí)現(xiàn)為空，就像下面這樣：

幾個(gè)月后，已經(jīng)有了大量的DedUser，此時(shí)客戶提出了一個(gè)新的更改。為了能撥?chē)?guó)際電話號(hào)碼、信用卡電話、PIN標(biāo)識(shí)電話等等，必修對(duì)現(xiàn)有dial中使用char[10]存儲(chǔ)號(hào)碼改為能夠撥打任意長(zhǎng)度的電話號(hào)碼。

顯然，所有的調(diào)制解調(diào)器客戶程序都必須更改。客戶同意了對(duì)調(diào)制解調(diào)器客戶程序的更改，因?yàn)樗麄儎e無(wú)選擇。糟糕的是，現(xiàn)在必須要去告訴DedUser的編寫(xiě)者，他們必須要更改他們的代碼！你可以想象他們聽(tīng)到這個(gè)會(huì)有多高興。本來(lái)他們是不用調(diào)用dial的。

這就是許多項(xiàng)目都會(huì)具有的那種有害的混亂依賴關(guān)系。系統(tǒng)某一部分中的一個(gè)雜湊體(kludge)創(chuàng)建了一個(gè)有害的依賴關(guān)系，最終導(dǎo)致系統(tǒng)中完全無(wú)關(guān)的部分出現(xiàn)問(wèn)題。

如果使用ADAPTER模式解決最初的問(wèn)題的話，就可以避免這個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。如圖：

請(qǐng)注意，雜湊體仍然存在。適配器仍然要模擬連接狀態(tài)。然而，所有的依賴關(guān)系都是從適配器發(fā)起的。雜湊體和系統(tǒng)隔離，藏身于幾乎無(wú)人知曉的適配器中。

BRIDGE模式

看待這個(gè)問(wèn)題，還有另外一個(gè)方式。現(xiàn)在，出現(xiàn)了另外一種切分Modem層次結(jié)構(gòu)的方式。如下圖：

這不是一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)。每當(dāng)增加一款新硬件時(shí)，就必須創(chuàng)建兩個(gè)新類(lèi)--一個(gè)針對(duì)專(zhuān)用的情況，一個(gè)針對(duì)撥號(hào)的情況。每當(dāng)增加一種新連接類(lèi)型時(shí)，就必須創(chuàng)建3個(gè)新類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)3款不同的硬件。如果這兩個(gè)自由度根本就是不穩(wěn)定的，那么不用多久，就會(huì)出現(xiàn)大量的派生類(lèi)。

在類(lèi)型層次結(jié)構(gòu)具有多個(gè)自由度的情況中，BRIDGE模式通常是有用的。我們可以把這些層次結(jié)構(gòu)分開(kāi)并通過(guò)橋把它們結(jié)合到一起，而不是把它們合并起來(lái)。如圖：

我們把調(diào)制解調(diào)器類(lèi)層次結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)層次結(jié)構(gòu)。一個(gè)表示連接方法，另一個(gè)表示硬件。

這個(gè)結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但是很有趣。它的創(chuàng)建不會(huì)影響到調(diào)制解調(diào)器的使用者，并且還完全分離了連接策略和硬件實(shí)現(xiàn)。ModemConnectController的每個(gè)派生類(lèi)代表了一個(gè)新的連接策略。在這個(gè)策略的實(shí)現(xiàn)中可以使用sendlmp、receivelmp、diallmp和hanglmp。新imp方法的增加不會(huì)影響到使用者。可以使用ISP來(lái)給連接控制類(lèi)增加新的接口。這種做法可以創(chuàng)建出一條遷移路徑，調(diào)制解調(diào)器的客戶程序可以沿著這條路徑慢慢地得到一個(gè)比dial和hangup層次更高的API。

五、?另外一個(gè)實(shí)際應(yīng)用Bridge模式的例子

該例子演示了業(yè)務(wù)對(duì)象（BusinessObject）通過(guò)Bridge模式與數(shù)據(jù)對(duì)象（DataObject）解耦。數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)可以在不改變客戶端代碼的情況下動(dòng)態(tài)進(jìn)行更換。

// ?Bridge?pattern?--?Real?World?example
using ?System;
using ?System.Collections;

// ?"Abstraction"
class ?BusinessObject
{
?? // ?Fields
?? private ?DataObject?dataObject;
?? protected ? string ?group;

?? // ?Constructors
?? public ?BusinessObject(? string ?group?)
?? {
???? this .group? = ?group;
??}

?? // ?Properties
?? public ?DataObject?DataObject
?? {
???? set {?dataObject? = ?value;?}
???? get {? return ?dataObject;?}
??}

?? // ?Methods
?? virtual ? public ? void ?Next()
?? {?dataObject.NextRecord();?}

?? virtual ? public ? void ?Prior()
?? {?dataObject.PriorRecord();?}

?? virtual ? public ? void ?New(? string ?name?)
?? {?dataObject.NewRecord(?name?);?}

?? virtual ? public ? void ?Delete(? string ?name?)
?? {?dataObject.DeleteRecord(?name?);?}

?? virtual ? public ? void ?Show()
?? {?dataObject.ShowRecord();?}

?? virtual ? public ? void ?ShowAll()
?? {
????Console.WriteLine(? " Customer?Group:?{0} " ,?group?);
????dataObject.ShowAllRecords();
??}
}

// ?"RefinedAbstraction"
class ?CustomersBusinessObject?:?BusinessObject
{
?? // ?Constructors
?? public ?CustomersBusinessObject(? string ?group?)
????:? base (?group?) {}

?? // ?Methods
?? override ? public ? void ?ShowAll()
?? {
???? // ?Add?separator?lines
????Console.WriteLine();
????Console.WriteLine(? " ------------------------ " ?);
???? base .ShowAll();
????Console.WriteLine(? " ------------------------ " ?);
??}
}

// ?"Implementor"
abstract ? class ?DataObject
{
?? // ?Methods
?? abstract ? public ? void ?NextRecord();
?? abstract ? public ? void ?PriorRecord();
?? abstract ? public ? void ?NewRecord(? string ?name?);
?? abstract ? public ? void ?DeleteRecord(? string ?name?);
?? abstract ? public ? void ?ShowRecord();
?? abstract ? public ? void ?ShowAllRecords();
}

// ?"ConcreteImplementor"
class ?CustomersDataObject?:?DataObject
{
?? // ?Fields
?? private ?ArrayList?customers? = ? new ?ArrayList();
?? private ? int ?current? = ? 0 ;

?? // ?Constructors
?? public ?CustomersDataObject()
?? {
???? // ?Loaded?from?a?database
????customers.Add(? " Jim?Jones " ?);
????customers.Add(? " Samual?Jackson " ?);
????customers.Add(? " Allen?Good " ?);
????customers.Add(? " Ann?Stills " ?);
????customers.Add(? " Lisa?Giolani " ?);
??}

?? // ?Methods
?? public ? override ? void ?NextRecord()
?? {
???? if (?current? <= ?customers.Count? - ? 1 ?)
??????current ++ ;
??}

?? public ? override ? void ?PriorRecord()
?? {
???? if (?current? > ? 0 ?)
??????current -- ;
??}

?? public ? override ? void ?NewRecord(? string ?name?)
?? {
????customers.Add(?name?);
??}

?? public ? override ? void ?DeleteRecord(? string ?name?)
?? {
????customers.Remove(?name?);
??}

?? public ? override ? void ?ShowRecord()
?? {
????Console.WriteLine(?customers[?current?]?);
??}

?? public ? override ? void ?ShowAllRecords()
?? {
???? foreach (? string ?name? in ?customers?)
??????Console.WriteLine(? " ? " ? + ?name?);
??}
}

/**/ /// ? <summary>
/// ?Client?test
/// ? </summary>
public ? class ?BusinessApp
{
?? public ? static ? void ?Main(? string []?args?)
?? {
???? // ?Create?RefinedAbstraction
????CustomersBusinessObject?customers? =
?????? new ?CustomersBusinessObject( " ?Chicago? " );

???? // ?Set?ConcreteImplementor
????customers.DataObject? = ? new ?CustomersDataObject();

???? // ?Exercise?the?bridge
????customers.Show();
????customers.Next();
????customers.Show();
????customers.Next();
????customers.Show();
????customers.New(? " Henry?Velasquez " ?);

????customers.ShowAll();
??}
}

?

六、?在什么情況下應(yīng)當(dāng)使用橋梁模式

根據(jù)上面的分析，在以下的情況下應(yīng)當(dāng)使用橋梁模式：

• 如果一個(gè)系統(tǒng)需要在構(gòu)件的抽象化角色和具體化角色之間增加更多的靈活性，避免在兩個(gè)層次之間建立靜態(tài)的聯(lián)系。
• 設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)化角色的任何改變不應(yīng)當(dāng)影響客戶端，或者說(shuō)實(shí)現(xiàn)化角色的改變對(duì)客戶端是完全透明的。
• 一個(gè)構(gòu)件有多于一個(gè)的抽象化角色和實(shí)現(xiàn)化角色，系統(tǒng)需要它們之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合。
• 雖然在系統(tǒng)中使用繼承是沒(méi)有問(wèn)題的，但是由于抽象化角色和具體化角色需要獨(dú)立變化，設(shè)計(jì)要求需要獨(dú)立管理這兩者。