一、什么是Bridge模式

Bridge模式的作用是在“类的功能层次结构”和“类的实现层次结构”之间搭建桥梁。

1.1 类的功能层次结构

主要作用就是增加新的功能。当我们要增加新的功能时，我们可以从各个层次的类中找出最符合自己需求的类，然后以它为父类编写子类,并在子类中增加新的功能。这就是“类的功能层次结构”。

假设现在有一个类Something。当我们想在Something中增加新功能时(想增加一个具体方法时)，会编写一个Something类的子类(派生类)，即SomethingGood类。这样就构成了一个小小的类层次结构。

这就是为了增加新功能而产生的层次结构。

如果我们要继续在SomethingGood类的基础上增加新的功能，我们可以同样地编写一个SomethingGood类的子类，即 SomethingBetter类。这样，类的层次结构就加深了。

当要增加新的功能时，我们可以从各个层次的类中找出最符合自己需求的类，然后以它为父类编写子类，并在子类中增加新的功能。这就是“类的功能层次结构”。

总而言之，父类具有基本功能，我们希望在子类中增加新的功能，这种层次结构就是“类的功能层次结构”。

需要注意的一点是：通常来说，类的层次结构关系不应当过深。

1.2 类的实现层次结构

主要作用就是增加新的实现。也就是说，这里的类的层次结构并非用于增加功能，并非用于方便我们增加新的方法，而是帮助我们实现这样的任务分担：父类通过声明抽象方法来定义接口(API )，子类通过实现具体方法来实现接口(API )，这种层次结构被称为“类的实现层次结构”。

例如，当子类Concreteclass实现了父类Abstractclass类的抽象方法时,它们之间就构成了一个小小的实现层次结构：

当我们以其他方式实现Abstractclass时，例如要实现一个AnotherConcreteclass时，类的层次结构会稍微发生一些变化：

可以看到，我们不是为了增加新的功能，而是为了增加一种新的实现方式，我们继承了Abstractclass的子类，并实现了其中的抽象方法。这就是类的实现层次结构。

1.3 为什么要使用Bridge模式

前面已经介绍了类的功能层次结构与类的实现层次结构。那么，当我们想要编写子类时，就需要先确认自己的意图:“我是要增加功能呢?还是要增加实现呢?”

当类的层次结构只有一层时，功能层次结构与实现层次结构是混杂在一个层次结构中的。这样很容易使类的层次结构变得复杂，也难以透彻地理解类的层次结构。因为自己难以确定究竟应该在类的哪一个层次结构中去增加子类。因此，我们需要将“类的功能层次结构”与“类的实现层次结构”分离为两个独立的类层次结构。当然，如果只是简单地将它们分开，两者之间必然会缺少联系。所以我们还需要在它们之间搭建一座桥梁，Bridge模式的作用就是搭建这座桥梁。

二、Bridge模式示例代码

下面我们来看一段使用了Bridge模式的示例程序。这段示例程序的功能是“显示一些东西”。乍一听好像很抽象，不过随着我们逐渐地理解这段示例程序，也就能慢慢明白它的具体作用了。在例子中一定要注意体会类的层次结构。

先看一下所有类的作用：

类图：

2.1 类的功能层次结构:Display类

Display类的功能是抽象的，负责“显示一些东西”。该类位于“类的功能层次结构”的最上层。

open、print、close这3个方法是Display类提供的接口(API)，它们表示“显示的步骤”：

open是显示前的处理、print是显示处理、close是显示后的处理。

public class Display {
    private DisplayImpl impl;
    public Display(DisplayImpl impl) {
        this.impl = impl;
    }
    public void open() {
        impl.rawOpen();
    }
    public void print() {
        impl.rawPrint();
    }
    public void close() {
        impl.rawClose();
    }
    public final void display() {
        open();
        print();
        close();
    }
}

2.2 类的功能层次结构:CountDisplay类

CountDisplay类在Display类的基础上增加了一个新功能。Display类只具有“显示”的功能，CountDisplay类则具有“只显示规定的次数”的功能，这就是multiDisplay方法。CountDisplay类继承了Display类的open、print、 close方法，并使用它们来增加这个新功能。这就是“类的功能层次结构”。

public class CountDisplay extends Display{
    public CountDisplay(DisplayImpl impl) {
        super(impl);
    }
    //循环显示times次
    public void multiDisplay(int times) {
        open();
        for (int i = 0; i < times; i++) {
            print();
        }
        close();
    }
}

2.3 类的实现层次结构:Displaylmpl类

现在，我们来看桥的另外一侧——“类的实现层次结构”。

DisplayImpl类位于“类的实现层次结构”的最上层。

DisplayImpl类是抽象类，它声明了rawOpen、rawPrint、rawClose这3个抽象方法，它们分别与Display类的open、print、close方法相对应，进行显示前、显示、显示后处理。

public abstract class DisplayImpl {
    public abstract void rawOpen();
    public abstract void rawPrint();
    public abstract void rawClose();
}

2.4 类的实现层次结构:StringDisplaylmpl类

下面我们来看看真正的“实现”。StringDisplayImpl类是显示字符串的类。不过，它不是直接地显示字符串，而是继承了DisplayImpl类，作为其子类来使用raw0pen、rawPrint、rawClose方法进行显示。

public class StringDisplayImpl extends DisplayImpl{
    //要显示的字符串
    private String string;
    //以字节单位计算出字符串的宽度
    private int width;
    public StringDisplayImpl(String string) {
        this.string = string;
        this.width = string.getBytes().length;
    }
    @Override
    public void rawOpen() {
        printLine();
    }
    @Override
    public void rawPrint() {
        System.out.println("|" + string + "|");
    }
    @Override
    public void rawClose() {
        printLine();
    }
    private void printLine() {
        System.out.print("+");
        for (int i = 0; i < width; i++) {
            System.out.print("-");
        }
        System.out.println("+");
    }
}

2.5 用于测试的Main类

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Display d1 = new Display(new StringDisplayImpl("Hello, China."));
        Display d2 = new CountDisplay((new StringDisplayImpl("Hello, World.")));
        CountDisplay d3 = new CountDisplay(new StringDisplayImpl("Hello, Universe."));
        d1.display();
        d2.display();
        d3.display();
        d3.multiDisplay(5);
    }
}

2.6 运行结果

+-------------+

|Hello, China.|

+-------------+

+-------------+

|Hello, World.|

+-------------+

+----------------+

|Hello, Universe.|

+----------------+

+----------------+

|Hello, Universe.|

|Hello, Universe.|

|Hello, Universe.|

|Hello, Universe.|

|Hello, Universe.|

+----------------+

三、拓展思路的要点

3.1 分开后更容易扩展

Bridge模式的特征是将“类的功能层次结构”与“类的实现层次结构”分离开了。将类的这两个层次结构分离开有利于独立地对它们进行扩展。

当想要增加功能时，只需要在“类的功能层次结构”一侧增加类即可，不必对“类的实现层次结构”做任何修改。而且，增加后的功能可以被“所有的实现”使用。

例如，我们可以将“类的功能层次结构”应用于软件所运行的操作系统上。如果我们将某个程序中依赖于操作系统的部分划分为Windows版、Macintosh版、Unix版，那么我们就可以用Bridge模式中的“类的实现层次结构”来表现这些依赖于操作系统的部分。也就是说，我们需要编写一个定义这些操作系统的共同接口(API)的Implementor角色，然后编写Windows版、Macintosh版、Unix版的3个ConcreteImplementor角色。这样一来，无论在“类的功能层次结构”中增加多少个功能，它们都可以工作于这3个操作系统上。

3.2 继承是强关联,委托是弱关联

虽然使用“继承”很容易扩展类，但是类之间也形成了一种强关联关系，只要不修改代码，就无法改变这种关系，因此可以说它们之间形成了一种强关联关系。

如果想要很轻松地改变类之间的关系，使用继承就不适合了，因为每次改变类之间关系时都需要修改程序。这时,我们可以使用“委托”来代替“继承”关系。

上面的示例程序的Display类中使用了“委托”。Display类的impl字段保存了实现的实例。这样，类的任务就发生了转移：调用open方法会调用impl.rawOpen()方法、调用print方法会调用imp1.rawPrint()方法、调用close方法会调用impl.rawClose()方法。

也就是说，当其他类要求Display类“工作”的时候，Display类并非自己工作，而是将工作“交给impl”。这就是“委托”。

继承是强关联关系，但委托是弱关联关系。这是因为只有Display类的实例生成时，才与作为参数被传入的类构成关联。例如，在示例程序中，当Main类生成Display类和CountDisplay类的实例时，才将StringDisplayImpl的实例作为参数传递给Display类和 CountDisplay类。

如果我们不传递StringDisplayImpl类的实例，而是将其他Concretelmplementor角色的实例传递给Display类和CountDisplay类，就能很容易地改变实现。这时，发生变化的代码只有Main类，Display类和DisplayImpl类则不需要做任何修改。

继承是强关联关系，委托是弱关联关系。在设计类的时候，我们必须充分理解这一点。在Template Method模式中，也涉及到继承和委托的关系。

四、相关的设计模式

4.1 Template Method模式

在Template Method模式中使用了“类的实现层次结构”。父类调用抽象方法，而子类实现抽象方法。

设计模式学习（六）：Template Method模板方法模式

4.2 Abstract Factory模式

为了能够根据需求设计出良好的ConcreteImplementor角色，有时我们会使用AbstractFactory模式。

设计模式学习（九）：Abstract Factory抽象工厂模式

4.3 Adapter模式

使用Bridge模式可以达到类的功能层次结构与类的实现层次结构分离的目的，并在此基础上使这些层次结构结合起来。而使用Adapter模式则可以结合那些功能上相似但是接口 (API)不同的类。

设计模式学习（三）：Adapter适配器模式

五、思考

5.1

题目：在示例程序中增加一个类，实现“显示字符串若干(随机)次”的功能。用于显示的方法是void randomDisplay(int times)，它的作用是将字符串随机显示0~ times 次。要注意此时应当扩展哪个类。

答案：这是类的功能层次结构，应该继承Display类或者CountDisplay类。

5.2

题目：在示例程序中增加一个类，实现“显示文本文件的内容”的功能。要注意此时应当扩展哪个类。

答案：这是类的实现层次结构，应该继承DisplayImpl类。