桥接模式（Bridge Pattern）
桥接模式是结构型设计模式的重要成员，其核心目标是将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立地变化。它如同现实中的 “电视遥控器”—— 遥控器（抽象部分）与电视（实现部分）通过无线信号（桥接）连接，不同品牌的遥控器可控制不同品牌的电视，两者的升级迭代互不影响。
一、桥接模式核心概念（通用）
1. 定义
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。这里的 “抽象” 指抽象类 / 接口，“实现” 指具体实现类，“分离” 指通过组合而非继承建立关联，形成一座 “桥” 连接两者。
2. 意图
- 解决多维度变化问题：当一个类存在两个或多个独立变化的维度（如 “形状” 和 “颜色”、“操作系统” 和 “软件”），避免使用多层继承导致的类爆炸。
- 实现抽象与实现的解耦：抽象部分（如遥控器）不依赖具体实现（如电视），而是通过接口依赖，使两者可独立扩展。
- 遵循 “开闭原则”：新增抽象或实现时，无需修改原有代码，只需添加新类。
3. 通用核心组件
桥接模式的核心是通过 “抽象 - 实现” 的分离与桥接，包含 4 个核心角色：
| 角色名称 | 职责描述 |
|---|---|
| Abstraction（抽象化角色） | 定义抽象类的接口，持有一个对 “实现化角色” 的引用（桥接的核心），通过该引用调用实现化角色的方法。 |
| RefinedAbstraction（扩展抽象化角色） | 继承 Abstraction，对其接口进行扩展，实现更具体的业务逻辑，但仍通过 Abstraction 持有的引用调用实现化角色的方法。 |
| Implementor（实现化角色） | 定义实现类的接口，供 Abstraction 调用，与 Abstraction 的接口可以不同（体现分离）。 |
| ConcreteImplementor（具体实现化角色） | 实现 Implementor 接口，提供具体的实现逻辑。 |
二、桥接模式详细解析（以 “形状与颜色” 为例）
以 “绘制不同颜色的形状” 为场景：形状（圆形、矩形）和颜色（红色、蓝色）是两个独立变化的维度。若用继承实现，需定义RedCircle、BlueCircle、RedRectangle、BlueRectangle等类（类数量 = 形状数 × 颜色数），扩展性极差。桥接模式通过分离 “形状”（抽象）和 “颜色”（实现），使两者独立扩展。
1. 结构
- Implementor（实现化角色）：
Color，定义颜色的接口（applyColor()）。 - ConcreteImplementor（具体实现化角色）：
Red、Blue，实现applyColor()（具体颜色逻辑）。 - Abstraction（抽象化角色）：
Shape，持有Color引用，定义抽象方法draw()（绘制形状），内部调用color.applyColor()。 - RefinedAbstraction（扩展抽象化角色）：
Circle、Rectangle，继承Shape，实现draw()（具体形状绘制）。
2. 类图（Mermaid）
classDiagram
%% 实现化角色：颜色接口（定义实现部分的规范）
class Color {
<<Interface>>
+applyColor(): void // 应用颜色的方法
}
%% 具体实现化角色：红色和蓝色
class Red {
+applyColor(): void // 具体实现：应用红色
}
class Blue {
+applyColor(): void // 具体实现：应用蓝色
}
%% 抽象化角色：形状（持有Color引用，桥接的核心）
class Shape {
<<Abstract>>
-color: Color // 持有实现化角色的引用（桥）
+Shape(color: Color) // 构造注入Color
+abstract draw(): void // 抽象方法：绘制形状
}
%% 扩展抽象化角色：圆形和矩形
class Circle {
+draw(): void // 实现：绘制圆形，调用color.applyColor()
}
class Rectangle {
+draw(): void // 实现：绘制矩形，调用color.applyColor()
}
%% 关系：实现化与具体实现
Color <|-- Red
Color <|-- Blue
%% 关系：抽象化与扩展抽象化
Shape <|-- Circle
Shape <|-- Rectangle
%% 核心桥接关系：抽象化持有实现化的引用
Shape o-- Color : 持有（桥接）
3. 时序图（Mermaid）
以 “绘制红色圆形” 为例，展示桥接模式的调用流程：
sequenceDiagram
participant Client（客户端）
participant Red（具体实现：红色）
participant Shape（抽象化：形状）
participant Circle（扩展抽象：圆形）
%% 1. 客户端创建具体实现（红色）和扩展抽象（圆形，传入红色）
Client->>Red: new Red()
Client->>Circle: new Circle(red) // 桥接：圆形持有红色引用
Circle->>Shape: 调用父类构造器，传入red
Shape-->>Circle: 初始化完成
%% 2. 客户端调用圆形的draw()方法
Client->>Circle: draw()（绘制圆形）
%% 3. 圆形的draw()调用抽象化角色的color引用（红色）
Circle->>Shape: 获取color引用（red）
Shape-->>Circle: 返回red
%% 4. 圆形调用红色的applyColor()
Circle->>Red: applyColor()（应用红色）
Red-->>Circle: 完成颜色应用
%% 5. 圆形完成自身绘制逻辑
Circle-->>Client: 输出“绘制红色圆形”
4. 优点
- 解决类爆炸问题：当存在两个独立维度时，类数量从 “维度 A 数量 × 维度 B 数量” 减少为 “维度 A 数量 + 维度 B 数量”（如形状 2 种 × 颜色 2 种，从 4 类减为 4 类？不，新增 1 种形状或颜色时，只需加 1 类，而非加 N 类）。
- 抽象与实现解耦：抽象部分（形状）和实现部分（颜色）通过接口关联，互不依赖，可独立扩展（新增形状无需改颜色，新增颜色无需改形状）。
- 符合开闭原则：扩展新的抽象或实现时，无需修改原有代码，只需新增类（如新增 “绿色” 只需加
Green类，新增 “三角形” 只需加Triangle类）。 - 提高灵活性：运行时可动态切换实现（如圆形可动态从红色切换为蓝色）。
5. 缺点
- 增加系统复杂度：需拆分出 “抽象” 和 “实现” 两个独立层次，理解难度提高（相比直接继承）。
- 设计要求高：需准确识别系统中两个独立变化的维度，若维度划分不合理，会导致模式应用失效。
- 可能过度设计：若系统不存在多维度变化，使用桥接模式会增加不必要的抽象层。
三、Java 代码实现（形状与颜色示例）
1. 实现化角色（Color 接口）
定义颜色的实现接口，供抽象化角色调用：
// 实现化角色：颜色接口
public interface Color {
// 应用颜色（具体实现由子类完成）
void applyColor();
}
2. 具体实现化角色（Red、Blue）
实现颜色接口，提供具体颜色逻辑：
// 具体实现化角色：红色
public class Red implements Color {
@Override
public void applyColor() {
System.out.print("红色");
}
}
// 具体实现化角色：蓝色
public class Blue implements Color {
@Override
public void applyColor() {
System.out.print("蓝色");
}
}
3. 抽象化角色（Shape 抽象类）
持有 Color 引用（桥接核心），定义抽象绘制方法：
// 抽象化角色：形状
public abstract class Shape {
// 持有实现化角色的引用（桥）
protected Color color;
// 构造器注入Color，建立桥接
public Shape(Color color) {
this.color = color;
}
// 抽象方法：绘制形状（由子类实现具体逻辑）
public abstract void draw();
}
4. 扩展抽象化角色（Circle、Rectangle）
继承 Shape，实现具体形状的绘制，调用 Color 的方法：
// 扩展抽象化角色：圆形
public class Circle extends Shape {
public Circle(Color color) {
super(color);
}
@Override
public void draw() {
System.out.print("绘制");
color.applyColor(); // 调用实现化角色的方法（桥接调用）
System.out.println("圆形");
}
}
// 扩展抽象化角色：矩形
public class Rectangle extends Shape {
public Rectangle(Color color) {
super(color);
}
@Override
public void draw() {
System.out.print("绘制");
color.applyColor(); // 调用实现化角色的方法（桥接调用）
System.out.println("矩形");
}
}
5. 客户端（Client）
通过桥接组合不同的抽象与实现，无需关心内部关联：
// 客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 1. 红色圆形（桥接：圆形+红色）
Shape redCircle = new Circle(new Red());
redCircle.draw(); // 输出：绘制红色圆形
// 2. 蓝色矩形（桥接：矩形+蓝色）
Shape blueRectangle = new Rectangle(new Blue());
blueRectangle.draw(); // 输出：绘制蓝色矩形
// 3. 动态切换颜色（红色矩形）
Shape redRectangle = new Rectangle(new Red());
redRectangle.draw(); // 输出：绘制红色矩形
}
}
6. 输出结果
绘制红色圆形
绘制蓝色矩形
绘制红色矩形
四、适用环境
桥接模式适用于以下场景，核心判断标准是 “系统存在两个或多个独立变化的维度，且需要独立扩展”：
- 多维度变化场景：类存在两个或多个独立变化的维度（如 “产品类型” 和 “品牌”、“操作系统” 和 “应用程序”），且每个维度都可能扩展。
- 避免多层继承：当使用继承会导致类数量急剧增加（类爆炸）时，如 “形状 × 颜色” 若用继承，每新增 1 种形状或颜色需新增 N 个类。
- 抽象与实现需独立扩展：抽象部分和实现部分需分别由不同的团队开发，或需在运行时动态切换实现。
- 希望隐藏实现细节：客户端只需依赖抽象接口，无需知道具体实现（如遥控器无需知道电视的内部原理）。
五、模式分析
1. 核心本质
桥接模式的本质是 “分离抽象与实现，通过组合建立桥接，实现独立扩展”：
- 分离：将抽象（如形状）和实现（如颜色）拆分为两个独立的继承体系。
- 桥接：抽象部分通过持有实现部分的引用（而非继承）建立关联，形成 “桥”。
- 独立扩展：两个体系可各自扩展（新增形状或颜色），互不影响。
2. 与其他模式的区别
| 模式 | 核心差异 | 典型场景 |
|---|---|---|
| 桥接模式 | 分离两个独立维度，通过组合桥接，解决类爆炸 | 形状 + 颜色、遥控器 + 电视 |
| 适配器模式 | 解决接口不兼容问题，使现有类能被复用 | 旧系统接口适配新系统 |
| 装饰器模式 | 不改变接口，动态为对象添加功能 | 给组件添加日志、缓存功能 |
| 策略模式 | 封装算法家族，使算法可动态替换 | 排序算法、支付方式选择 |
六、模式扩展
桥接模式可根据维度数量和关联方式扩展：
1. 多维度桥接
当系统存在 3 个或更多独立维度时（如 “形状 + 颜色 + 边框”），可通过多层桥接实现：
- 第一层：形状持有颜色引用；
- 第二层：颜色持有边框引用；
- 客户端通过形状间接调用颜色和边框的方法。
2. 动态切换实现
抽象化角色可提供setImplementor()方法，允许运行时动态更换实现（如圆形从红色切换为蓝色）：
public abstract class Shape {
protected Color color;
public void setColor(Color color) { // 动态切换实现
this.color = color;
}
// ...其他代码
}
3. 结合工厂模式
通过工厂模式创建抽象化和实现化对象，降低客户端与具体类的耦合：
// 形状工厂
public class ShapeFactory {
public static Shape createCircle(Color color) {
return new Circle(color);
}
}
七、模式应用（通用 + Android）
1. 通用领域应用
- 跨平台 UI 框架：如 “按钮（抽象）” 与 “Windows 按钮实现 / Linux 按钮实现（实现）”，按钮逻辑与系统底层实现分离，可独立扩展。
- 数据库驱动：“数据库操作接口（抽象）” 与 “MySQL 驱动 / Oracle 驱动（实现）”，操作逻辑与具体数据库实现分离。
- 消息系统：“消息发送器（抽象）” 与 “短信发送 / 邮件发送 / 推送发送（实现）”，发送逻辑与具体渠道实现分离。
2. Android 中的应用
Android 框架中大量使用桥接模式分离 “抽象逻辑” 与 “平台实现”：
（1）View 与 Drawable（UI 绘制）
- 角色对应：
View：抽象化角色（定义 UI 组件的抽象接口，如draw()）；- 具体 View（
TextView/ImageView）：扩展抽象化角色（实现具体 UI 逻辑）； Drawable：实现化角色（定义绘制逻辑的接口，如draw(Canvas)）；- 具体 Drawable（
BitmapDrawable/ColorDrawable）：具体实现化角色（提供具体绘制能力）。
- 桥接逻辑：
View通过setBackground(Drawable)持有Drawable引用，View.draw()调用Drawable.draw()完成背景绘制，两者独立扩展（新增 View 无需改 Drawable，新增 Drawable 可被所有 View 使用）。
// 示例：TextView（扩展抽象）使用ColorDrawable（具体实现）
TextView textView = new TextView(context);
Drawable redDrawable = new ColorDrawable(Color.RED); // 具体实现
textView.setBackground(redDrawable); // 桥接：View持有Drawable引用
（2）Window 与 WindowManager（窗口管理）
- 角色对应：
Window：抽象化角色（定义窗口的抽象接口，如addView()）；PhoneWindow：扩展抽象化角色（Android 中Window的唯一实现）；WindowManager：实现化角色（定义窗口管理的接口，如addView()）；WindowManagerImpl：具体实现化角色（实现窗口的底层管理）。
- 桥接逻辑：
PhoneWindow持有WindowManager引用，通过它调用底层窗口管理功能，Window的抽象逻辑与WindowManager的平台实现分离。
（3）MediaPlayer 与 MediaPlayerService（媒体播放）
- 角色对应：
MediaPlayer：抽象化角色（定义媒体播放接口，如start()/pause()）；MediaPlayerService：实现化角色（定义底层播放服务接口）；- 具体服务实现：
StagefrightPlayer等（具体实现化角色）。
- 桥接逻辑：
MediaPlayer通过 Binder 机制与MediaPlayerService通信，上层播放逻辑与底层解码实现分离，支持不同格式的播放服务扩展。
八、总结
桥接模式是处理 “多维度变化” 问题的核心方案，其核心价值在于 “分离与桥接”：
- 核心优势：解决类爆炸问题，使抽象与实现独立扩展，提高系统灵活性和可维护性。
- 适用场景：存在两个或多个独立变化的维度，且需要避免多层继承的场景（如 UI 组件与绘制实现、跨平台功能等）。
- 实践建议：
- 准确识别系统中的独立维度（如 “功能” 与 “平台”、“类型” 与 “实现”）；
- 优先通过组合而非继承建立关联（抽象持有实现引用）；
- 结合工厂模式降低客户端与具体类的耦合。
桥接模式不仅是一种设计技巧，更是一种 “拆分复杂系统” 的思维 —— 通过识别独立变化的部分，建立松耦合的关联，使系统在扩展时保持简洁与灵活。