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备忘录模式

🎯 备忘录模式（Memento Pattern）简介

备忘录模式 是一种行为型设计模式，用于保存对象的某一时刻状态，以便稍后可以恢复到该状态，而不破坏对象的封装性。备忘录模式将对象的状态封装在一个独立的备忘录对象中，外界无法直接访问备忘录的内部细节，只能通过特定接口恢复对象的状态。

核心思想：

通过在不破坏封装性的前提下，记录和恢复对象的内部状态，备忘录模式可以让对象恢复到以前的某个状态，常用于撤销操作等场景。

备忘录模式的 UML 类图

角色说明：

1. Originator（发起者）：
   • 发起者是拥有某个内部状态的对象，它能够创建备忘录来记录当前状态，并通过恢复备忘录对象来恢复之前的状态。
2. Memento（备忘录）：
   • 备忘录存储了发起者的内部状态。在外部对象中，备忘录是不可变的，只有发起者可以访问并使用其内容。
3. Caretaker（负责人）：
   • 负责人负责保存和管理备忘录对象，但不能修改或访问备忘录的内容。它只知道如何保存和恢复备忘录。

生动案例：文本编辑器中的撤销功能

场景说明：

假设我们有一个简单的文本编辑器，它允许用户输入文本并提供撤销功能。每次用户输入新的文本时，编辑器会保存当前状态（文本内容）到备忘录中。当用户点击“撤销”时，编辑器将恢复到上一个保存的状态。

代码实现

Step 1: 定义发起者类

Originator 类代表文本编辑器，它能够创建和恢复备忘录对象。

// 发起者：文本编辑器
public class TextEditor {private String text;// 设置文本public void setText(String text) {this.text = text;System.out.println("TextEditor: Setting text to '" + text + "'");}// 获取当前文本状态public String getText() {return text;}// 创建备忘录，保存当前文本状态public Memento save() {return new Memento(text);}// 从备忘录恢复文本状态public void restore(Memento memento) {this.text = memento.getText();System.out.println("TextEditor: Restored text to '" + text + "'");}// 备忘录类，用于存储文本状态public static class Memento {private final String text;public Memento(String text) {this.text = text;}private String getText() {return text;}}
}

Step 2: 定义负责人类

Caretaker 类负责保存和管理文本编辑器的多个备忘录，以便用户可以执行多次撤销操作。

import java.util.Stack;// 负责人：管理备忘录的保存和恢复
public class Caretaker {private Stack<TextEditor.Memento> mementoStack = new Stack<>();// 保存备忘录public void save(TextEditor editor) {System.out.println("Caretaker: Saving state.");mementoStack.push(editor.save());}// 恢复备忘录public void undo(TextEditor editor) {if (!mementoStack.isEmpty()) {System.out.println("Caretaker: Undoing last operation.");editor.restore(mementoStack.pop());} else {System.out.println("Caretaker: No states to undo.");}}
}

Step 3: 测试备忘录模式

public class MementoPatternDemo {public static void main(String[] args) {TextEditor editor = new TextEditor();Caretaker caretaker = new Caretaker();// 设置文本状态并保存editor.setText("Version 1");caretaker.save(editor);editor.setText("Version 2");caretaker.save(editor);editor.setText("Version 3");// 执行撤销操作caretaker.undo(editor);  // 撤销到 Version 2caretaker.undo(editor);  // 撤销到 Version 1caretaker.undo(editor);  // 无法继续撤销}
}

输出结果：

TextEditor: Setting text to 'Version 1'
Caretaker: Saving state.
TextEditor: Setting text to 'Version 2'
Caretaker: Saving state.
TextEditor: Setting text to 'Version 3'
Caretaker: Undoing last operation.
TextEditor: Restored text to 'Version 2'
Caretaker: Undoing last operation.
TextEditor: Restored text to 'Version 1'
Caretaker: No states to undo.

备忘录模式的优缺点

优点：

1. 保持封装性：
   备忘录模式不会暴露对象的内部状态，保证了对象的封装性。
2. 方便状态恢复：
   可以轻松地将对象恢复到先前的状态，实现如撤销、回滚等功能。
3. 简化复杂对象状态的管理：
   通过备忘录模式，可以方便地保存和恢复对象的多个状态，适合需要频繁更改状态的场景。

缺点：

1. 占用资源：
   如果保存的状态较多或状态信息较大，备忘录模式会占用大量内存，导致性能问题。
2. 实现较复杂：
   实现备忘录模式需要额外的类和逻辑来保存和管理状态，增加了代码复杂性。

备忘录模式的应用场景

1. 撤销操作：
   在编辑器、文档处理器等软件中，当用户进行编辑时，备忘录模式可以保存每一步操作的状态，从而支持撤销功能。
2. 事务管理：
   在数据库事务中，备忘录模式可以用来记录事务的中间状态，以便在发生错误时回滚到之前的状态。
3. 游戏进度保存：
   在游戏开发中，备忘录模式可以用于保存游戏的当前进度，以便玩家可以恢复到之前的游戏状态。

备忘录模式思想在优秀源码中的应用

Java 的 Serializable 接口（对象状态的持久化）

在 JDK 中，Serializable 接口允许对象的状态以字节流的形式保存和恢复。这与备忘录模式类似，因为它能够在某个时刻保存对象的完整状态，并在需要时恢复该状态

Serializable 示例：

import java.io.*;class Originator implements Serializable {private String state;public Originator(String state) {this.state = state;}public String getState() {return state;}public void setState(String state) {this.state = state;}@Overridepublic String toString() {return "State: " + state;}
}public class SerializableMementoExample {public static void main(String[] args) {Originator originator = new Originator("Initial State");// 保存状态到文件try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("memento.ser"))) {out.writeObject(originator);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 修改状态originator.setState("Modified State");System.out.println("Current State: " + originator);// 从文件恢复状态try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("memento.ser"))) {Originator restored = (Originator) in.readObject();System.out.println("Restored State: " + restored);} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}
}

解释：

• Serializable 通过序列化和反序列化机制将对象的状态保存到文件中（类似于备忘录模式中的 Memento），并在需要时恢复对象状态。
• 尽管 Serializable 的应用范围广泛，并非完全符合备忘录模式的设计意图，但它确实提供了对象状态存储和恢复的能力。

Spring 中的 Transaction Management（事务管理回滚）

Spring Framework 中的事务管理系统也使用了备忘录模式的思想。它通过保存数据库的事务状态，在出现异常或错误时能够将数据恢复到原始状态。

原理：

• 在事务开始时，Spring 会保存当前数据库的状态，类似于创建一个备忘录（Memento）。
• 如果事务中发生错误，Spring 可以将数据库回滚到之前的状态，类似于从备忘录中恢复状态。
• 这一机制通过 Spring 的事务管理器 实现，允许将整个事务的状态保存并在需要时恢复。

@Transactional
public void transferMoney(Account fromAccount, Account toAccount, double amount) {fromAccount.withdraw(amount);toAccount.deposit(amount);// 在这里如果发生异常，Spring 会自动回滚事务到之前的状态
}

解释：

• 当 @Transactional 方法抛出未检查异常时，Spring 的事务管理机制会回滚之前的操作，恢复数据库到初始状态。这个操作类似于备忘录模式中的“撤销”，在事务失败时恢复到之前的状态。

总结

备忘录模式 提供了一种记录对象状态的机制，并在不破坏对象封装的前提下恢复对象状态。通过备忘录模式，系统可以轻松实现撤销、重做、恢复等功能，非常适合需要频繁修改和恢复对象状态的场景。

通过文本编辑器撤销功能的案例，我们清晰地展示了备忘录模式如何应用于实际开发中，使系统可以灵活管理对象的历史状态，实现多步撤销操作。