JAVA设计模式之桥接模式详解

桥接模式

1 桥接模式介绍

桥接模式(bridge pattern) 的定义是：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。

桥接模式用一种巧妙的方式处理多层继承存在的问题,用抽象关联来取代传统的多层继承,将类之间的静态继承关系转变为动态的组合关系,使得系统更加灵活,并易于扩展,有效的控制了系统中类的个数 (避免了继承层次的指数级爆炸).

2 桥接模式原理

桥接（Bridge）模式包含以下主要角色：

• 抽象化（Abstraction）角色 ：主要负责定义出该角色的行为 ,并包含一个对实现化对象的引用。
• 扩展抽象化（RefinedAbstraction）角色 ：是抽象化角色的子类，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，包含角色必须的行为和属性,并供扩展抽象化角色调用。
• 具体实现化（Concrete Implementor）角色 ：给出实现化角色接口的具体实现。

桥接模式原理的核心是: 首先有要识别出一个类所具有的的两个独立变化维度,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.总结一句话就是: 抽象角色引用实现角色

比如我们拿毛笔举例, 型号和颜色是毛笔的两个维度

• 型号是其固有的维度,所以抽象出一个毛笔类,而将各种型号的毛笔作为其子类,也就是下图的右侧抽象部分内容.
• 颜色是毛笔的另一个维度, 它与毛笔之间存在一种设置的关系,因此可以提供一个抽象的颜色接口,将具体颜色作为该接口的子类.

3 桥接模式的应用实例

模拟不同的支付工具对应不同的支付模式,比如微信和支付宝都可以完成支付操作,而支付操作又可以有扫码支付、密码支付、人脸支付等,那么关于支付操作其实就有两个维度, 包括:支付渠道和支付方式

不使用设计模式

public class PayController {


    /**
     * @param uId   用户id
     * @param tradeId 交易流水号
     * @param amount    交易金额
     * @param channelType 渠道类型 1 微信, 2 支付宝
     * @param modeType    支付模式 1 密码,2 人脸,3 指纹
     * @return: boolean
     */
    public boolean doPay(String uId, String tradeId, BigDecimal amount,int channelType,int modeType){
        //微信支付
        if(1 == channelType){
            System.out.println("微信渠道支付划账开始......");
            if(1 == modeType){
                System.out.println("密码支付");
            }if(2 == modeType){
                System.out.println("人脸支付");
            }if(3 == modeType){
                System.out.println("指纹支付");
            }
        }

        //支付宝支付
        if(2 == channelType){
            System.out.println("支付宝渠道支付划账开始......");
            if(1 == modeType){
                System.out.println("密码支付");
            }if(2 == modeType){
                System.out.println("人脸支付");
            }if(3 == modeType){
                System.out.println("指纹支付");
            }
        }
        return true;
    }
}

//测试
public class Test_Pay {

    public static void main(String[] args) {

        PayController payController = new PayController();
        System.out.println("测试: 微信支付、人脸支付方式");
        payController.doPay("weixin_001","1000112333333",new BigDecimal(100),1,2);

        System.out.println("\n测试: 支付宝支付、指纹支付方式");
        payController.doPay("hifubao_002","1000112334567",new BigDecimal(100),2,3);

    }
}
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从测试结果看,是满足了需求,但是这样的代码设计,后面的维护和扩展都会变得非常复杂.

桥接模式重构代码

重构类图

桥接模式原理的核心是: 首先有要识别出一个类所具有的的两个独立变化维度,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.

• Pay抽象类
  • 支付渠道子类: 微信支付
  • 支付渠道子类: 支付宝支付
• IPayMode接口
  • 支付模式实现: 刷脸支付
  • 支付模式实现: 指纹支付
• 支付渠道*支付模式 = 相对应的组合.

** 支付模式接口 (实现化角色)**

/**
 * 支付模式接口
 **/
public interface IPayMode {

    //安全校验功能: 对各种支付模式进行风控校验
    boolean security(String uId);
}
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三种具体支付模式 (具体实现化角色)

//指纹支付及风控校验
public class PayFingerprintMode implements IPayMode {

    @Override
    public boolean security(String uId) {
        System.out.println("指纹支付,风控校验-指纹信息");
        return true;
    }
}

//刷脸支付及风控校验
public class PayFaceMode implements IPayMode {

    @Override
    public boolean security(String uId) {
        System.out.println("人脸支付,风控校验-脸部识别");
        return true;
    }
}
//密码支付及风控校验
public class PayCypher implements IPayMode {

    @Override
    public boolean security(String uId) {
        System.out.println("密码支付,风控校验-环境安全");
        return false;
    }
}
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支付抽象类 (抽象化角色)

public abstract class Pay {

    //桥接对象
    protected IPayMode payMode;

    public Pay(IPayMode payMode) {
        this.payMode = payMode;
    }

    //划账功能
    public abstract String transfer(String uId, String tradeId, BigDecimal amount);

}
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支付渠道实现 (扩展抽象化角色)

/**
 * 支付渠道-微信划账
 * @author spikeCong
 * @date 2022/9/26
 **/
public class WxPay extends Pay {


    public WxPay(IPayMode payMode) {
        super(payMode);
    }

    @Override
    public String transfer(String uId, String tradeId, BigDecimal amount) {

        System.out.println("微信渠道支付划账开始......");

        boolean security = payMode.security(uId);
        System.out.println("微信渠道支付风险校验: " + uId + " , " + tradeId +" , " + security);

        if(!security){
            System.out.println("微信渠道支付划账失败!");
            return "500";
        }

        System.out.println("微信渠道划账成功! 金额: "+ amount);
        return "200";
    }
}

/**
 * 支付渠道-支付宝划账
 **/
public class ZfbPay extends Pay {

    public ZfbPay(IPayMode payMode) {
        super(payMode);
    }

    @Override
    public String transfer(String uId, String tradeId, BigDecimal amount) {

        System.out.println("支付宝渠道支付划账开始......");

        boolean security = payMode.security(uId);
        System.out.println("支付宝渠道支付风险校验: " + uId + " , " + tradeId +" , " + security);

        if(!security){
            System.out.println("支付宝渠道支付划账失败!");
            return "500";
        }

        System.out.println("支付宝渠道划账成功! 金额: "+ amount);
        return "200";
    }
}
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测试

@Test
public void test02() {
    System.out.println("测试场景1: 微信支付、人脸方式.");
    Pay wxpay = new WxPay(new PayFaceMode());
    wxpay.transfer("wx_00100100","10001900",new BigDecimal(100));

    System.out.println();

    System.out.println("测试场景2: 支付宝支付、指纹方式");
    Pay zfbPay = new ZfbPay(new PayFingerprintMode());
    zfbPay.transfer("jlu1234567","567689999999",new BigDecimal(200));
}
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代码重构完成后,结构更加清晰整洁, 可读性和易用性更高,外部的使用接口的用户不需要关心具体实现.桥接模式满足了单一职责原则和开闭原则,让每一部分都更加清晰并且易扩展.

4 桥接模式总结

桥接模式的优点:

1. 分离抽象接口及其实现部分.桥接模式使用"对象间的关联关系"解耦了抽象和实现之间固有的绑定关系,使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化.
2. 在很多情况下,桥接模式可以取代多层继承方案.多层继承方案违背了单一职责原则,复用性差,类的个数多.桥接模式很好的解决了这些问题.
3. 桥接模式提高了系统的扩展性,在两个变化维度中任意扩展一个维度都不需要修改原有系统,符合开闭原则.

桥接模式的缺点:

1. 桥接模式的使用会增加系统的理解和设计难度,由于关联关系建立在抽象层,要求开发者一开始就要对抽象层进行设计和编程
2. 桥接模式要求正确识别出系统中的两个独立变化的维度,因此具有一定的局限性,并且如果正确的进行维度的划分,也需要相当丰富的经验.

桥接模式使用场景

1. 需要提供平台独立性的应用程序时。 比如，不同数据库的 JDBC 驱动程序、硬盘驱动程序等。

2. 需要在某种统一协议下增加更多组件时。 比如，在支付场景中，我们期望支持微信、支付宝、各大银行的支付组件等。这里的统一协议是收款、支付、扣款，而组件就是微信、支付宝等。

3. 基于消息驱动的场景。 虽然消息的行为比较统一，主要包括发送、接收、处理和回执，但其实具体客户端的实现通常却各不相同，比如，手机短信、邮件消息、QQ 消息、微信消息等。

4. 拆分复杂的类对象时。 当一个类中包含大量对象和方法时，既不方便阅读，也不方便修改。

5. 希望从多个独立维度上扩展时。 比如，系统功能性和非功能性角度，业务或技术角度等。

6. 数据库驱动程序的设计：数据库驱动程序需要兼容不同的数据库系统，使用桥接模式可以将抽象的数据库操作与具体的数据库系统分离，使得可以方便地添加新的数据库系统支持。

7. 消息发送器的设计：消息发送器需要支持不同的消息协议（例如邮件、短信、即时通信等），使用桥接模式可以将消息发送器与具体的消息协议分离，使得可以方便地添加新的消息协议支持。

8. 音频播放器的设计：音频播放器需要兼容不同的音频格式，使用桥接模式可以将音频播放器的抽象部分与具体的音频格式分离，使得可以方便地添加新的音频格式支持。