技术成神之路：设计模式（九）备忘录模式

介绍

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为设计模式，它允许在不破坏封装性的前提下捕获和恢复对象的内部状态。通过备忘录模式，可以在程序运行过程中保存和恢复对象的某个状态，从而实现"撤销"等功能。

1.定义

备忘录模式在《设计模式》一书中的定义是：

在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。

2.主要作用

提供一种方法，让对象可以返回到之前的状态，或者在需要的时候撤销其行为。

3.解决的问题

备忘录模式解决了以下问题：

提供了一种捕获对象状态的方式，而不会破坏对象的封装。
允许在不影响客户端代码的情况下保存和恢复对象状态。

4.模式原理

包含角色：

Originator（发起人）：创建一个备忘录，记录当前时刻的内部状态，并可利用备忘录恢复内部状态。
Memento（备忘录）：负责存储发起人的内部状态，在需要时提供这些内部状态。
Caretaker（管理者）：负责保存好备忘录，不能对备忘录的内容进行操作或检查。

UML类图：

示例代码：

Memento 类 (备忘录)

用来存储状态

java 复制代码

public class Memento {
    private final String state;

    public Memento(String state) {
        this.state = state;
    }

    public String getState() {
        return state;
    }
}

Originator 类(发起人)

创建一个包含当前状态的备忘录，并能够使用备忘录恢复状态。

java 复制代码

public class Originator {
    private String state;

    public void setState(String state) {
        this.state = state;
        System.out.println("State set to: " + state);
    }

    public String getState() {
        return state;
    }

    public Memento saveStateToMemento() {
        return new Memento(state);
    }

    public void getStateFromMemento(Memento memento) {
        state = memento.getState();
    }
}

Caretaker 类(管理者)

该类负责保存和恢复备忘录。

java 复制代码

public class Caretaker {
    private final List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();

    public void add(Memento state) {
        mementoList.add(state);
    }

    public Memento get(int index) {
        return mementoList.get(index);
    }
}

使用

java 复制代码

public class MementoPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        originator.setState("State #1");
        originator.setState("State #2");
        caretaker.add(originator.saveStateToMemento());

        originator.setState("State #3");
        caretaker.add(originator.saveStateToMemento());

        originator.setState("State #4");
        System.out.println("Current State: " + originator.getState());

        originator.getStateFromMemento(caretaker.get(0));
        System.out.println("First saved State: " + originator.getState());

        originator.getStateFromMemento(caretaker.get(1));
        System.out.println("Second saved State: " + originator.getState());
    }
}

打印

log 复制代码

State set to: State #1
State set to: State #2
State set to: State #3
State set to: State #4
Current State: State #4
First saved State: State #2
Second saved State: State #3

备忘录模式的应用在我们工作中很常见，比如代码回滚，Ctrl + Z 回退上一步，文本编辑器中的撤销功能等，这些功能背后的核心思想都是保存系统特定时刻的状态，并在需要时恢复到这些状态。

5.优缺点

优点：

不破坏封装性：对象的内部状态被封装在备忘录中，对象的封装性不被破坏。
简化对象恢复：提供了一种机制，可以很方便地恢复对象的状态。
支持撤销操作：通过保存对象的历史状态，可以实现撤销和恢复功能。

缺点：

存储开销大：如果需要频繁保存状态，并且对象的状态占用内存较大，可能会导致存储开销较大。
实现复杂：需要管理多个备忘录对象，可能会增加代码的复杂性。

6.应用场景

需要保存和恢复数据的场景：例如文本编辑器、画图程序等，用户需要撤销和恢复操作。
事务管理：例如数据库事务管理，可以在事务出现问题时回滚到之前的状态。
游戏存档：在游戏中，玩家可以保存进度，并在需要时恢复到之前的状态。
需要提供一个稳定的接口来访问对象状态，同时又不希望暴露其内部细节的场景。
...

7.总结

备忘录模式是一种非常实用的设计模式，它允许在不破坏对象封装性的前提下捕获和恢复对象的内部状态。通过这种模式，可以很方便地实现对象状态的保存和恢复，从而支持撤销、恢复、事务管理等功能。尽管它有一定的实现复杂性和存储开销，但在需要保存历史状态的应用场景中，备忘录模式无疑是一个非常有效的解决方案。