Java设计模式之行为型模式（备忘录模式）实现方式与测试用例

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一、实现方式

1. 基础结构与角色定义
   备忘录模式包含三个核心角色，协作关系如下：

• Originator（发起人）：需保存/恢复状态的对象，提供创建和恢复备忘录的方法。
• Memento（备忘录）：存储发起人状态的载体，通常设计为不可变类。
• Caretaker（管理者）：管理备忘录对象，不操作其内容。
  代码示例（文本编辑器场景）：

// 发起人：文本编辑器
public class Editor {
    private String content;
    
    // 创建备忘录
    public Memento save() {
        return new Memento(content);
    }
    
    // 从备忘录恢复状态
    public void restore(Memento memento) {
        this.content = memento.getState();
    }
}
// 备忘录：存储状态（不可变）
public class Memento {
    private final String state;
    public Memento(String state) { this.state = state; }
    public String getState() { return state; }
}
// 管理者：保存备忘录列表
public class History {
    private List mementos = new ArrayList<>();
    public void add(Memento memento) { mementos.add(memento); }
    public Memento get(int index) { return mementos.get(index); }
}

2. 高级实现技巧

• 多级撤销与重做：使用栈结构管理备忘录。

  public class AdvancedHistory {
      private Stack undoStack = new Stack<>();
      private Stack redoStack = new Stack<>();
      
      public void push(Memento memento) { undoStack.push(memento); }
      public Memento undo() { return undoStack.pop(); }
      public void redo(Memento memento) { redoStack.push(memento); }
  }

• 资源优化：通过序列化持久化备忘录。

  // 发起人支持序列化
  public class SerializableOriginator extends Originator implements Serializable {
      private String state;
  }

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二、测试用例设计

1. 基础功能验证
   目标：验证状态保存与恢复的正确性。

public class MementoTest {
    @Test
    public void testStateRecovery() {
        Editor editor = new Editor();
        History history = new History();
        editor.setContent("Initial text");
        history.add(editor.save());  // 保存状态1
        editor.setContent("Modified text");
        history.add(editor.save());  // 保存状态2
        // 恢复到状态1
        editor.restore(history.get(0));
        assertEquals("Initial text", editor.getContent());
    }
}

2. 异常场景测试
   目标：验证空备忘录或非法操作的容错性。

@Test(expected = IllegalStateException.class)
public void testRestoreNullMemento() {
    Editor editor = new Editor();
    editor.restore(null);  // 触发异常
}

3. 多级撤销测试
   目标：验证栈结构管理的撤销/重做功能。

@Test
public void testUndoRedo() {
    Editor editor = new Editor();
    AdvancedHistory history = new AdvancedHistory();
    editor.setContent("State 1");
    history.push(editor.save());
    editor.setContent("State 2");
    history.push(editor.save());
    // 撤销到状态1
    editor.restore(history.undo());
    assertEquals("State 1", editor.getContent());
    // 重做到状态2
    history.redo(editor.save());
    assertEquals("State 2", editor.getContent());
}

4. 性能与资源测试
   目标：监控内存占用与优化策略有效性。

@Test
public void testMemoryOptimization() {
    Originator originator = new Originator();
    Caretaker caretaker = new Caretaker();
    // 生成1000个备忘录
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        originator.setState("State #" + i);
        caretaker.add(originator.saveStateToMemento());
    }
    // 断言内存占用符合预期（需结合Profiler工具）
    assertTrue(memoryUsage < MAX_ALLOWED_MEMORY);
}

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三、关键设计原则

1. 封装性保护：
   • Memento类仅对Originator开放宽接口，其他类仅通过Caretaker管理。
2. 职责分离：
   • 状态管理由Caretaker负责，状态逻辑由Originator实现。
3. 资源控制：
   • 限制备忘录数量（如仅保存最近10个状态）或使用增量存储。

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四、实际应用示例

场景：游戏存档系统

// 发起人：游戏角色
public class Gamer {
    private int level;
    private Inventory items;
    public GamerMemento save() {
        return new GamerMemento(level, items.clone());
    }
    public void restore(GamerMemento memento) {
        this.level = memento.getLevel();
        this.items = memento.getItems();
    }
    // 备忘录类（内部类）
    public static class GamerMemento {
        private final int level;
        private final Inventory items;
        // 构造函数与Getter
    }
}
// 测试用例
@Test
public void testGameSaveLoad() {
    Gamer gamer = new Gamer();
    History history = new History();
    gamer.setLevel(5);
    history.add(gamer.save());
    gamer.setLevel(10);
    gamer.restore(history.get(0));
    assertEquals(5, gamer.getLevel());
}

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五、总结

备忘录模式通过状态快照与封装隔离机制，为撤销、回滚等场景提供了灵活的解决方案。实现时需注重：

1. 角色职责的清晰划分。
2. 资源管理策略（如栈结构、序列化）。
3. 全覆盖测试用例设计，确保状态一致性与容错性。
   该模式广泛应用于编辑器、游戏、数据库等领域，是实现无副作用状态管理的核心工具。