Một câu chuyện về Bridge Pattern

- Mẫu thiết kế Bridge được thiết kế với ý tưởng tách rời những xử lý của một lớp ra lớp khác, từ đó có thể dễ dàng biến đổi hoặc thay thế mà không làm ảnh hưởng đến những nơi có sử dụng lớp ban đầu. Điều này có thể hiểu như sau: bạn thiết kế một lớp với rất nhiều xử lý, bây giờ bạn không muốn để những xử lý đó trong lớp của bạn nữa, bạn sẽ tạo ra một lớp mới và move toàn bộ những xử lý đó sang lớp mới. Khi đó trong lớp cũ sẽ giữ một đối tượng thuộc về lớp mới, và đối tượng này sẽ chịu trách nhiệm xử lý thay cho lớp ban đầu. Tại sao chúng ta làm như vậy và cách thực hiện như thế nào? Hi vọng với bài viết này chúng ta tìm được lời giải thích cho 2 câu hỏi trên.

- Mẫu Bridge về khía cạnh nào đó khá giống với mẫu Adapter ở chỗ: người ta sẽ nhờ vào một lớp khác để thực hiện một số xử lý nào đó. Tuy nhiên, ý nghĩa và mục đích sử dụng của hai mẫu thiết kế này hoàn toàn khác nhau. Mẫu Adapter Pattern hay còn gọi là Wrapper pattern được dùng để biến đổi một lớp/interface sang một dạng khác có thể sử dụng được. Adapter Pattern giúp nhiều lớp có thể làm việc với nhau dễ dàng mà bình thường không thể. Một trường hợp tôi gặp phải và có thể áp dụng Adapter Pattern là khi tôi không thể kế thừa lớp A nhưng muốn làm một lớp B có những xử lý tương tự như lớp A. Khi đó tôi làm lớp B như sau, các xử lý của B sẽ gọi những xử lý của A khi cần:bbpraroi:

Adapter Pattern Example

Hình 1: Ví dụ về mẫu Adapter


- Đó chỉ là một trong nhiều cách sử dụng có thể có của mẫu Adapter, tôi sẽ nói thêm về Adapter trong một bài viết khác, ở đây chỉ nêu ra ý nghĩa khác nhau của hai mẫu thiết kế này. Trước khi đi vào câu chuyện của mẫu Bridge, chúng ta hãy xem sơ đồ lớp của mẫu Bridge:

Bridge Pattern

Hình 2: Sơ đồ lớp của mẫu Bridge


Câu chuyện về mẫu thiết kế Bridge (Bridge Pattern)

- Có một người đã làm nghề đầu bếp đã 20 năm. Ông ta đã đi rất nhiều nơi trên thế giới, làm việc cho rất nhiều nhà hàng khác nhau và đã học được cách nấu rất nhiều món ngon. Không những thế ông ta còn sáng tạo ra những món đặc biệt cho riêng mình nữa. Nhờ tài nghệ của ông, các nhà hàng nơi ông làm luôn luôn đông khách. Sau 20 năm nhìn lại, ông thấy đã đến lúc mình phải mở nhà hàng cho riêng mình. Đã để dành được một số vốn kha khá, ông quyết định chọn một trong những thành phố năng động của Việt Nam là TPHCM để bắt đầu sự nghiệp riêng. Thế là nhà hàng của ông ta ra đời và kinh doanh khá phát đạt nhờ vào danh tiếng và tài nghệ của mình. Ông ta dành hết tâm huyết để tự tay nấu mọi món ngon nhất cho các thực khách vì không tin tưởng vào các phụ bếp được thuê. Càng ngày danh tiếng của nhà hàng càng được nhiều người biết đến, không chỉ những người sành ăn trong nước mà cả những du khách nước ngoài cũng tìm đến nhà hàng này để thưởng thức khi có cơ hội ghé đến TPHCM. Ông ta rất vui mừng trước doanh thu ngày càng cao nhưng bên cạnh đó cũng rất lo cho sức khỏe của mình, vì ông phải đứng chế biến món ăn từ 6h sang đến 11h đêm hằng ngày:bbpbuon:

- Các con của ông rất thương bố mình và khuyên ông nên truyền nghề lại cho các học trò, các người ấy sẽ giúp ông làm việc cho nhà hàng. Suy nghĩ khá lâu, ông thấy rằng các con ông nói rất có lý. Ông ta chọn 1 đứa học trò ngoan và giỏi nhất truyền toàn bộ những gì mình biết. Sau khi đã lĩnh hội được toàn bộ khóa học, đứa học trò đã phụ ông nấu nướng cho nhà hàng, nhờ vậy ông được rảnh rổi về sớm đi tập thể dục thẩm mỹ và làm những việc quản lý, mở rộng kinh doanh.

- Thời gian trôi qua, ông muốn mở thêm một nhà hàng mới ở HN. Cũng trong giai đoạn này, ông nhận được email của một số khách ruột bảo rằng chất lượng món ăn bắt đầu kém đi, không đậm đà như trước đây. Sau khi tìm hiểu, ông phát hiện nguyên nhân là do thằng học trò đểu cáng đang âm mưu mở nhà hàng riêng nên nó lơ là việc nấu nướng :bbpnodo:, ngoài ra do ông dạy nó nhiều quá nên nó chỉ có thể nấu ngon được một số món ăn, phần lớn các món khác nấu không đạt yêu cầu. Rút kinh nghiệm, ông quyết định đăng báo dân trí tìm một số cô gái thích nấu nướng truyền cho mỗi cô 1 kĩ thuật nấu món ngon các miền. Sau này nếu có ý định mở nhà hàng ở miền Trung cũng sẽ có đầu bếp chuyên nấu món cay hợp khẩu vị của dân địa phương.


Bridge Pattern Example


Hình 3: Bản kế hoạch mở 2 nhà hàng mới của ông


// Bridge pattern -- Structural example
using System;
namespace nthoai.blogspot.com.BridgePattern
{

// "Abstraction"
class NhaHang
{

protected DauBep _dauBep;

// Property
public DauBep DauBep
{

set { _dauBep = value; }

}

public virtual void CheBienMonAn()
{

_dauBep.CheBienMonAn();

}

}

// "Implementor"
abstract class DauBep
{

public abstract void CheBienMonAn();

}

// "Nhà hàng món Huế"
class NhaHangMonHue : NhaHang
{

public override void CheBienMonAn()
{

_dauBep.CheBienMonAn();

}

}

// "Nhà hàng món miền Nam"
class NhaHangMienNam : NhaHang
{

public override void CheBienMonAn()
{

_dauBep.CheBienMonAn();

}

}

// "ConcreteImplementorA"
class DauBepMonAnHue : DauBep
{

public override void CheBienMonAn()
{

Console.WriteLine("Đây là những món ăn Huế do đầu bếp Huế thực hiện");

}

}

// "ConcreteImplementorB"
class DauBepMonAnMienNam : DauBep
{

public override void CheBienMonAn()
{

Console.WriteLine("Đây là những món ăn miền Nam do đầu bếp miền Nam thực hiện");

}

}

// Ông đầu bếp mở nhà hàng như sau
class ÔngĐầuBếpGià
{

static void Main()
{

NhaHang _nhaHangMonHue = new NhaHangMonHue();

// Set implementation and call
_nhaHangMonHue.DauBep = new DauBepMonAnHue();
_nhaHangMonHue.CheBienMonAn();

NhaHang _nhaHangMonMienNam = new NhaHangMienNam();
// Change implemention and call
_nhaHangMonMienNam.DauBep = new DauBepMonAnMienNam();
_nhaHangMonMienNam.CheBienMonAn();

// Wait for user
Console.Read();

}

}

}


Hình 4: Kế hoạch mở nhà hàng :D

- Câu chuyện của ông đầu bếp già là một ví dụ về cách sử dụng của Bridge khi đưa những xử lý sang một lớp khác. Trong các tài liệu về mẫu Bridge, các tác giả thường sử dụng các thuật ngữ như: Abstraction, Implementor, RefinedAbstractionConcreteImplementor. Cá nhân tôi thấy những từ vô cùng chuyên môn như vậy hơi khó hiểu, tôi thích những ví dụ thực tế hơn, tuy nhiên những từ ấy hoàn toàn chính xác. Sử dụng mẫu Bridge trong lập trình không chỉ đơn giản là đưa những xử lý của một lớp sang lớp khác rồi gọi nó từ lớp mới, mọi việc không chỉ đơn giản như vậy. Ý tưởng trên chỉ là một vế của Bridge Pattern, ở đây chúng ta chưa nói đến vế: “từ đó có thể dễ dàng biến đổi hoặc thay thế mà không phải ảnh hưởng đến những nơi có sử dụng lớp ban đầu” (so you can vary or replace the implementation without changing the client code). Xin thưa với các bạn đây chỉ là cách diễn giải của tôi, không phải khái niệm hay định nghĩa tiếng Việt của Bridge Pattern cho nên nếu các bạn muốn xem nguồn tiếng Anh hãy chịu khó google. Quay lại chỗ “biến đổi, thay thế mà không ảnh hưởng”, tôi đã có viết về chuyện này ở loạt bài về Dependency Injection của Spring.NET. Trong trường hợp của mẫu Bridge, chúng ta có thể giảm sự phụ thuộc giữa các lớp với nhau bằng cách sử dụng Interface hoặc abstract class. Trong các tài liệu về Bridge Pattern, các AbstractionImplementer là những lớp abstract hoặc interface. Trong khi đó, các RefinedAbstractionConcreteImplementor là những thể hiện cụ thể hay những lớp con của các abstract class/ interface nói trên. Như vậy trong câu chuyện ông đầu bếp của chúng ta thì Abstraction là NhàHàng, RefinedAbstraction chính là Nhà Hàng Món Huế, Nhà Hàng Món Nướng Nam Bộ, Nhà Hàng Châu Âu còn ConcreteImplementor là các đầu bếp: Đầu Bếp Món Âu, Đầu Bếp Món Huế, …

- Như vậy chữ Bridge (chiếc cầu) ở đây là quan hệ “use/have” giữa AbstractionImplementation, giữa Nhà Hàng và Đầu Bếp. Một RefinedAbstraction sẽ không khai báo cụ thể một ConcreteImplementor nào đang được sử dụng mà chỉ biết nó đang có 1 Implementor nào đó; khi mở một Nhà Hàng mới ta sẽ mướn Đầu Bếp (biết nấu ăn), còn cụ thể đầu bếp nấu được món miền nào sẽ quyết định lúc chọn xong địa điểm:bbpnghi:

- Trong một số trường hợp, mẫu thiết kế Bridge được dùng như một cầu nối giữa 2 nhóm đối tượng khác nhau, giữa nhóm các dữ liệu và nhóm các cách thể hiện ra màn hình, đó là ví dụ thường được dùng trong các bài viết về mẫu Bridge. Như chúng ta biết có rất nhiều chuẩn hình ảnh như JPG, PNG, BMP, GIF, … và các hệ điều hành khác nhau như Windows, MacOS, UNIX đều hiểu và có thể hiển thị các định dạng ảnh này.

- Cấu trúc hình ảnh và cách hiển thị chúng là hai thành phần quan trọng của một định dạng ảnh. Cấu trúc hình chính là cách mà hình đó được lưu trữ, và cách thể hiện chúng sẽ tương đối khác nhau trên các chương trình xem hình trên các hệ điều hành khác nhau. Trong trường hợp này các file hình với các định dạng khác nhau sẽ thường xuyên thay đổi, và các hệ điều hành cần vẽ hình cũng nhiều tương tự. Nếu được yêu cầu thiết kế lớp cho bài toán trên sao cho tính tái sử dụng cao nhất, bạn sẽ làm thế nào. Như đã nói, có rất nhiều chuẩn hình, mỗi hình sẽ có những thông tin riêng của nó và mỗi hình nên được thiết kế để có khả năng tự vẽ nó (Information Expert) . Nhưng vì cách vẽ sẽ khác nhau trên các hệ điều hành khác nhau nên nếu chúng ta thiết kế lớp hình tự thực hiện hàm vẽ rồi khi cần thì sửa hàm vẽ để nó hoạt động được trên hệ điều hành khác là không nên. Bridge Pattern sẽ giúp ta đưa những hàm vẽ đó sang những lớp khác để vẽ trên các hệ điều hành tương ứng. Nhờ vậy, khi một chuẩn hình mới được tạo ra hay có một thuật toán vẽ khác được nghĩ ra, sẽ rất dễ dàng để ta code thêm một lớp vẽ mới cho chương trình.

- Một ví dụ khác cũng tương tự là khi bạn cần xây dựng một ứng dụng thể hiện ra màn hình thông tin khác nhau với những loại user khác nhau. Cùng một dữ liệu nhưng nếu là Admin bạn sẽ cho phép hiển thị chi tiết hơn, có thêm những button cho phép edit hoặc delete chẳng hạn. Trong khi đó user thường hoặc guest chỉ có thể xem mà không thể làm gì khác. Còn rất nhiều trường hợp khác mà chúng ta có thể dùng Bridge cũng như có nhiều mẫu thiết kế tương tự Bridge như Strategy, Adaptor. Nếu chúng ta nắm được ý nghĩa, sự khác nhau và khi nào nên áp dụng những thiết kế này của 4 lão tiền bối thì công việc lập trình sẽ hứng thú, đầy tính sáng tạo và không nhàm chán chút nào. Hi vọng đến đây chúng ta đã tìm được câu trả lời cho 2 câu hỏi trên. Tôi sẽ bàn thêm một chút về những lợi ích và trở ngại khi sử dụng Bridge:

Benefits in using Bridge Pattern

1/ Đặt vấn đề: chúng ta có một lớp A, và các lớp A1, A2, A3 kế thừa từ lớp A. Các lớp A1, A2, A3 sẽ được thừa hưởng các attribute và behavior của lớp A. Như vậy vô tình các xử lý của lớp A1, A2, A3 sẽ y như A trừ khi chúng phải override lại. Trong chương trình, khi cần sử dụng một trong các lớp A1, A2, A3 người ta thường khai báo chung chung là A thay vì khai báo cụ thể là ta sẽ gọi mày đó A1, A2, A3. Cách sử dụng lớp A ta gọi là abstraction hay là trừu tượng hóa và những xử lý của lớp A mà các A1, A2, A3 thừa hưởng gọi là implementation. Sử dụng thiết kế Bridge sẽ giúp chúng ta giảm sự phục thuộc giữa abstraction và implementation. Tính kế thừa trong hướng đối tượng thường gắn chặt abstraction và implementation lúc build chương trình. Bridge Pattern có thể được dùng để cắt đứt sự phụ thuộc này và cho phép chúng ta chọn implementation phù hợp lúc runtime.

2/ Giảm số lượng những lớp con không cần thiết. Một số trường hợp sử dụng tính inheritance sẽ tăng số lượng subclass vô tội vạ. Ví dụ trường hợp chương trình xem hình trên các hệ điều hành khác nhau, ta có 6 loại hình và 3 hệ điều hành. Sử dụng inheritance trong trường hợp này sẽ làm ta thiết kế 18 lớp trong khi áp dụng Bridge sẽ giảm số lượng lớp xuống 9:bbpcuoi1:

3/ Lợi ích thứ 2 dẫn đến một hệ quả: Code sẽ gọn gàn hơn và dẫn đến kích thước ứng dụng sẽ nhỏ hơn.

4/ Các Abstraction và Implementation của nó sẽ dễ dàng thay đổi lúc runtime cũng như khi cần thay đổi thêm bớt trong tương lai. Như vậy chương trình của chúng ta cũng sẽ dễ bảo trì hơn.

5/ Tương tự như lợi ích 4, nếu sử dụng Bridge, hệ thống sẽ dễ mở rộng về sau. Đây hầu như là một yêu cầu bắt buộc đối với các chương trình lớn. Nhiều công ty sẽ cùng làm trong từng giai đoạn phát triển. Một số công ty phần mềm ở VN thường làm outsource: maintain hoặc mở rộng một framework hay một chương trình đã được làm sẵn ở nước ngoài. Công ty khách hàng sẽ yêu cầu chúng ta thêm module cho ứng dụng có sẵn nhưng không được sửa đổi framework/ứng dụng có sẵn của họ vì các framework/ứng dụng đó có thể được công ty nâng cấp lên version mới. Đó là bài toán các bạn sẽ gặp phải khi làm ở những project trung bình và lớn, và ta sẽ vô cùng bực mình và cảm thấy khó khăn khi framework/chương trình đó được đám lập trình viên ở đâu đâu code vô cùng chuối giờ lại bắt mình viết thêm vào:bbptuc:

6/ Những nơi cần sử dụng các abstraction sẽ hoàn toàn độc lập với các implementation.Ví dụ các lớp khác của chương trình xem ảnh sẽ độc lập với thuật toán vẽ ảnh trong các implementation. Như vậy ta có thể update chương trình xem ảnh khi có một thuật toán vẽ ảnh mới mà không cần phải sửa đổi nhiều thậm chí build lại toàn chương trình nếu có dùng các kĩ thuật Dependency Injection.

1 Drawbacks in using Bridge Pattern

- Khi sử dụng Bridge Pattern, chúng ta đã tăng số lần gọi gián tiếp lên hai. Trong ví dụ trên, với cách làm cũ, lớp Image sẽ thực hiện hàm vẽ của chính nó. Nếu áp dụng Bridge, hàm vẽ sẽ được gọi thông qua một lớp implementation tương tứng như vậy có thêm một lần khởi tạo đối tượng và gọi đối tượng, có thêm một lần hủy đối tượng và lượng bộ nhớ bị chiếm để chạy chương trình sẽ tăng lên một chút. Theo tôi những bất lợi này vô cùng không đáng kể so với những lợi ích mang lại khi chúng ta áp dụng Design Pattern nói chung và Bridge Pattern nói riêng.

-----------------------------------------------------------------

- Cuối cùng, ông đầu bếp già của chúng ta sẽ không có thời gian đi massage hay đi chơi gôn nếu cứ tiếp tục tự nấu ăn. Nhà hàng của ông sẽ rất khó khăn khi đầu bếp chính nghỉ việc nếu không có nhiều đầu bếp giỏi chuyên môn. Thử tưởng tượng trong thực tế chúng ta mua một chiếc xe gắn máy mà khi hư thì phải bỏ đi và mua xe mới thay vì có phải tìm phụ tùng thay thế. Tính độc lập, chuyên môn hóa giữa các bộ phận trong một hệ thống luôn được đề cao trên mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Riêng trong thiết kế phần mềm, design pattern là những bài học kinh nghiệm mà khi áp dụng tốt sẽ biến người lập trình thành một nghệ sĩ. Một lần nữa, tôi hi vọng bài viết này không chỉ giúp các bạn biết Bridge Pattern là gì mà còn hiểu được tại sao và khi nào cần nó. Tóm lại, cách sử dụng inheritance một cách máy móc có thể vô tình dán chặt những abstraction và implementation với nhau trong khi một số ứng dụng cần điều ngược lại. Bridge Pattern có thể được sử dụng khi một abstraction có nhiều implementation và cả 2 nhóm có thể có nhiều thay đổi mà không phụ thuộc hoặc ảnh hưởng gì nhóm còn lại:bbpcuoi5:



Các tài liệu tham khảo:

5 comments:

  1. Phuong Says:

    It's a fun and good tutorial. Thank you :).

  2. Nguyễn Thế Vũ Says:

    bài viết rất hay, thanks anh!

  3. Jackhit Says:

    Bài viết rất chi tiết, dễ hiểu. Cảm ơn anh!

  4. hoa Says:

    qua hay. thanks muc

  5. Nguyễn Quang Hiển Says:

    em có góp ý thế này ^^!
    - Anh bắt đầu bằng câu truyện Ông Đầu Bếp Già
    - Giải quyết vấn đề bằng phương pháp cũ, phương pháp của người không có hoặc ít kiến thức về Design Pattern.
    - Chỉ ra các khó khăn hay chưa tốt của phương pháp đó, sau đó chuyển sang Bridge thì dễ hiểu hơn :3

rss
 

About Me

Place I've live
Near Bossley Park, Sydney, NSW, Australia
Place I've work
  • Freelancer (from 06/2010 to present)
  • Harvey Nash (from 05/2008 to 06/2010)
  • DataDesign Vietnam (10/2005 to 04/2008)
Place I've studied
  • University of Natural Science (Bachelor of Science HoChiMinh City Vietnam From 2001 to 2005)
  • Le Hong Phong High School (HoChiMinh City Vietnam From 1997 to 2000)