设计模式

Appearance

备忘录模式（Memento Pattern）笔记 ​

定义 ​

备忘录模式是一种行为设计模式，它允许在不破坏封装性的前提下，捕获并外部化一个对象的内部状态，以便稍后可以将该对象恢复到原先保存的状态。

英文原文定义：

The Memento Pattern captures and externalizes an object's internal state without violating encapsulation so that the object can be restored to this state later.

核心概念 ​

备忘录模式通过引入"备忘录"对象来保存和恢复原始对象的状态，同时保持封装边界不被破坏。该模式涉及三个关键角色协同工作。

主要角色 ​

  1. Originator（原发器）：需要保存状态的对象，创建备忘录并可从备忘录恢复
  2. Memento（备忘录）：存储原发器内部状态的对象
  3. Caretaker（管理者）：负责保存备忘录，但不对备忘录内容进行操作

优缺点 ​

优点 ​

  • 状态封装：不破坏封装性的情况下保存对象状态
  • 简化原发器：状态保存和恢复逻辑从原发器中分离
  • 时间快照：支持任意时间点的状态恢复
  • 历史管理：可以维护多个历史状态

缺点 ​

  • 资源消耗：频繁保存状态可能消耗大量内存
  • 大对象开销：大型对象的备忘录可能占用显著内存
  • 性能影响：状态序列化/反序列化可能影响性能
  • 暴露细节风险：不当实现可能间接暴露私有状态

解决的问题 ​

备忘录模式主要解决以下经典问题：

  1. 撤销操作：需要实现撤销功能时
  2. 状态回滚：需要回滚到先前状态时
  3. 事务回退：事务处理需要回退到特定检查点时
  4. 快照功能：需要生成对象状态快照时
  5. 游戏存档：游戏进度保存与加载

实现注意事项 ​

  1. 状态范围：

    • 完整状态：保存对象全部状态
    • 增量状态：仅保存变化的部分状态

  2. 存储方式：

    • 内存存储：适合短期、频繁的撤销操作
    • 持久化存储：适合长期存档需求

  3. 版本控制：

    • 简单栈式：仅支持顺序撤销
    • 分支管理：支持多版本跳转

  4. 性能优化：

    • 懒加载：仅在需要时加载状态
    • 压缩存储：对状态数据进行压缩

  5. 线程安全：

    • 多线程环境下状态保存需要同步
    • 考虑深拷贝避免引用问题

实现变体 ​

  1. 严格封装：

    • 仅原发器可访问备忘录内容
    • 管理者只能存储不能查看

  2. 接口暴露：

    • 定义窄接口供管理者使用
    • 宽接口仅原发器可见

  3. 持久化备忘录：

    • 备忘录可序列化到磁盘
    • 支持跨会话状态恢复

  4. 增量备忘录：

    • 仅存储状态变化部分
    • 减少内存使用

与其他模式的关系 ​

相似模式区分 ​

  1. 命令模式：

    • 备忘录：用于保存和恢复状态
    • 命令：用于封装操作请求

  2. 原型模式：

    • 备忘录：保存特定时刻状态
    • 原型：复制当前对象状态

  3. 状态模式：

    • 备忘录：保存对象状态
    • 状态：封装与状态相关的行为

常见搭配组合 ​

  1. 备忘录 + 命令：实现完善的撤销机制
  2. 备忘录 + 迭代器：遍历状态历史
  3. 备忘录 + 原型：高效创建状态副本
  4. 备忘录 + 观察者：状态变化时自动保存

典型应用场景 ​

  • 文本编辑器的撤销功能
  • 游戏进度存档/读档
  • 数据库事务回滚
  • 配置管理工具
  • 绘图软件的历史记录
  • 虚拟机快照功能

代码示例（文本编辑器实现） ​

java
// 备忘录接口（窄接口）
interface TextMemento {
    // 空接口，仅作为标记
}

// 原发器：文本编辑器
class TextEditor {
    private StringBuilder text = new StringBuilder();
    
    // 创建备忘录
    public TextMemento save() {
        return new TextMementoImpl(text.toString());
    }
    
    // 从备忘录恢复
    public void restore(TextMemento memento) {
        if (memento instanceof TextMementoImpl) {
            this.text = new StringBuilder(((TextMementoImpl)memento).getState());
        }
    }
    
    public void write(String text) {
        this.text.append(text);
    }
    
    public void print() {
        System.out.println("Current text: " + text);
    }
    
    // 具体备忘录实现（私有内部类）
    private static class TextMementoImpl implements TextMemento {
        private final String state;
        
        public TextMementoImpl(String state) {
            this.state = state;
        }
        
        public String getState() {
            return state;
        }
    }
}

// 管理者：历史记录
class History {
    private Stack<TextMemento> states = new Stack<>();
    
    public void push(TextMemento memento) {
        states.push(memento);
    }
    
    public TextMemento pop() {
        return states.pop();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        TextEditor editor = new TextEditor();
        History history = new History();
        
        editor.write("Hello ");
        history.push(editor.save());
        editor.print(); // 输出: Current text: Hello 
        
        editor.write("World!");
        history.push(editor.save());
        editor.print(); // 输出: Current text: Hello World!
        
        // 撤销
        editor.restore(history.pop());
        editor.print(); // 输出: Current text: Hello 
        
        // 再次撤销
        editor.restore(history.pop());
        editor.print(); // 输出: Current text: 
    }
}