23种设计模式之【桥接模式】-核心原理与 Java实践

桥接模式（Bridge Pattern）

桥接模式是 23 种设计模式中的一种结构型模式，其核心思想是将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。这种模式通过引入 “桥接”（抽象与实现之间的关联），解决了因多维度变化导致的类爆炸问题，提高了系统的灵活性和可扩展性。

核心原理

• 抽象化角色（Abstraction）：
  定义抽象类的接口，持有一个对实现化角色的引用
  负责定义抽象部分的业务方法，不涉及具体实现
• 扩展抽象化角色（RefinedAbstraction）：
  继承抽象化角色，扩展抽象部分的功能
  实现父类中的抽象方法，并可能添加新的方法
• 实现化角色（Implementor）：
  定义实现部分的接口，提供基本操作
  不直接与抽象化角色中的业务方法对应，而是提供底层实现
• 具体实现化角色（ConcreteImplementor）：
  实现实现化角色的接口，提供具体的业务实现
  可以有多个不同的具体实现类

桥接模式的核心是 “分离抽象与实现”，通过抽象类引用实现接口，使抽象和实现可以沿着各自的维度独立扩展，避免了多维度组合导致的类数量爆炸。

Java 实践示例

以 “电子设备与遥控器” 为例实现桥接模式：
抽象维度：基础遥控器、高级遥控器（支持更多功能）
实现维度：电视、收音机等不同电子设备
通过桥接将遥控器（抽象）与设备（实现）分离，使两者可独立扩展

package com.example.demo;public class BridgePattern {public static void main(String[] args) {// 创建具体设备Device tv = new TV();Device radio = new Radio();// 基础遥控器控制电视RemoteControl basicRemoteForTV = new BasicRemoteControl(tv);System.out.println("=== 基础遥控器控制电视 ===");basicRemoteForTV.powerOn();basicRemoteForTV.setChannel(5);basicRemoteForTV.powerOff();// 高级遥控器控制收音机RemoteControl advancedRemoteForRadio = new AdvancedRemoteControl(radio);System.out.println("\n=== 高级遥控器控制收音机 ===");advancedRemoteForRadio.powerOn();advancedRemoteForRadio.setChannel(88.5);((AdvancedRemoteControl) advancedRemoteForRadio).setVolume(20);advancedRemoteForRadio.powerOff();//=== 基础遥控器控制电视 ===//电视已打开//电视频道已设置为：5//电视已关闭////=== 高级遥控器控制收音机 ===//收音机已打开//收音机音量已设置为：15//收音机频率已设置为：88.5MHz//收音机音量已设置为：20//收音机已关闭}// 实现化角色：设备接口（定义设备的基本操作）public interface Device {void powerOn();void powerOff();void setChannel(double channel);void setVolume(int volume);}// 具体实现：电视public static class TV implements Device {private boolean isOn = false;private int channel = 1;private int volume = 10;@Overridepublic void powerOn() {isOn = true;System.out.println("电视已打开");}@Overridepublic void powerOff() {isOn = false;System.out.println("电视已关闭");}@Overridepublic void setChannel(double channel) {if (isOn) {this.channel = (int) channel;System.out.println("电视频道已设置为：" + this.channel);} else {System.out.println("请先打开电视");}}@Overridepublic void setVolume(int volume) {if (isOn) {this.volume = volume;System.out.println("电视音量已设置为：" + this.volume);}}}// 具体实现：收音机public static class Radio implements Device {private boolean isOn = false;private double frequency = 87.5;private int volume = 5;@Overridepublic void powerOn() {isOn = true;System.out.println("收音机已打开");}@Overridepublic void powerOff() {isOn = false;System.out.println("收音机已关闭");}@Overridepublic void setChannel(double frequency) {if (isOn) {this.frequency = frequency;System.out.println("收音机频率已设置为：" + this.frequency + "MHz");} else {System.out.println("请先打开收音机");}}@Overridepublic void setVolume(int volume) {if (isOn) {this.volume = volume;System.out.println("收音机音量已设置为：" + this.volume);}}}// 抽象化角色：遥控器抽象类public abstract static class RemoteControl {// 持有设备接口的引用（桥接点）protected Device device;// 通过构造函数注入设备public RemoteControl(Device device) {this.device = device;}// 抽象方法：开机public abstract void powerOn();// 抽象方法：关机public abstract void powerOff();// 抽象方法：设置频道public abstract void setChannel(double channel);}// 扩展抽象：基础遥控器public static class BasicRemoteControl extends RemoteControl {public BasicRemoteControl(Device device) {super(device);}@Overridepublic void powerOn() {device.powerOn();}@Overridepublic void powerOff() {device.powerOff();}@Overridepublic void setChannel(double channel) {device.setChannel(channel);}}// 扩展抽象：高级遥控器（新增音量调节功能）public static class AdvancedRemoteControl extends RemoteControl {public AdvancedRemoteControl(Device device) {super(device);}@Overridepublic void powerOn() {device.powerOn();// 高级功能：开机自动调节到适中音量device.setVolume(15);}@Overridepublic void powerOff() {device.powerOff();}@Overridepublic void setChannel(double channel) {device.setChannel(channel);}// 新增功能：调节音量public void setVolume(int volume) {device.setVolume(volume);}}
}

桥接模式的特点

优点：
分离抽象与实现：抽象部分和实现部分可独立扩展，互不影响
减少类数量：避免多维度组合导致的类爆炸（如 2 种遥控器 ×2 种设备 = 4 个类，而非传统继承的 2+2+2=6 个类）
提高灵活性：可动态切换实现，抽象部分可透明地使用不同实现
符合开闭原则：新增抽象或实现时无需修改原有代码
缺点：
增加系统复杂度：引入额外的抽象层和桥接点，理解难度提高
要求正确识别系统的两个独立变化维度，设计难度较大
与适配器模式的区别：
桥接模式：在设计初期就考虑分离抽象与实现，为了扩展
适配器模式：在系统设计完成后解决接口不兼容问题，为了兼容

桥接模式的应用场景

多维度变化的系统：
当系统存在两个或多个独立变化的维度（如形状 × 颜色、操作系统 × 软件）
例如：图形系统中，形状（圆形、矩形）和渲染方式（软件渲染、硬件渲染）是两个独立维度
避免继承爆炸：
当使用继承会导致大量子类（如 4 种品牌 ×3 种类型 = 12 个子类）
例如：电器产品（冰箱、洗衣机）与品牌（海尔、美的）的组合
框架设计：
框架需要为抽象部分和实现部分提供扩展点
例如：Java 的 AWT 中，Component（抽象）与Peer（实现）的分离，支持不同平台的 UI 实现
数据库驱动：
数据库操作接口（抽象）与不同数据库驱动（实现）的分离
例如：JDBC 中Driver接口与不同数据库的驱动实现

桥接模式是应对 “多维度变化” 场景的最佳方案，通过分离抽象与实现，使系统可以沿着多个维度独立扩展，同时避免了类数量的急剧增加。在设计初期识别出系统的独立变化维度，是成功应用桥接模式的关键。