设计模式十九：备忘录模式（Memento Pattern）

备忘录模式是一种行为型设计模式，它允许对象在不暴露其内部状态的情况下捕获和恢复其状态。该模式的主要目标是在不破坏封装性的前提下，实现对象状态的备份和恢复。备忘录模式常用于需要保存对象历史状态、撤销操作或者实现快照功能的情况。

备忘录模式的使用场景

备忘录模式适用于需要记录对象历史状态，或者在多个时间点对对象状态进行比较、回滚或恢复的情况。通过使用备忘录模式，可以保持系统的灵活性、可维护性和可扩展性。

  1. 撤销和恢复功能
    备忘录模式可以用于实现撤销和恢复功能，使用户能够在操作出现问题时回滚到之前的状态。
  2. 版本控制系统
    备忘录模式可以用于实现版本控制系统，保存不同版本的状态，以便用户可以随时切换到不同的版本。
  3. 编辑器和文档管理
    文本编辑器、图形编辑器等可以使用备忘录模式来保存不同的编辑状态，以便用户可以随时回到之前的编辑状态。
  4. 游戏状态管理
    备忘录模式可以用于保存游戏的不同状态，例如在某个关卡或任务结束后，可以保存游戏状态以便玩家随时恢复。
  5. 表单填写
    当用户在多步表单填写过程中，备忘录模式可以用来保存用户每一步的输入状态，以便用户可以回到之前的填写步骤。
  6. 会话管理
    在Web应用程序中，备忘录模式可以用于保存会话状态，以便在用户需要时恢复上一个页面的状态。
  7. 系统恢复
    备忘录模式可以用于系统故障后的状态恢复，尤其是对于那些需要持续运行的系统。
  8. 快照功能
    某些应用程序可能需要对特定对象的状态进行快照，以便进行分析、报告或监控。

备忘录模式的主要几个角色

  1. Originator（发起人）
    这是需要保存和恢复状态的对象。它创建备忘录对象来存储其内部状态，也可以从备忘录中恢复状态。Originator 通常是一个具有状态的类，它可以创建备忘录、将自己的状态保存到备忘录中，并从备忘录中恢复状态。
  2. Memento（备忘录）
    备忘录对象用于存储 Originator 的内部状态。备忘录通常包含了 Originator 在某个时间点的状态快照。备忘录对象可能具有只能由 Originator 访问的私有成员，以确保封装性。
  3. Caretaker（管理者）
    Caretaker 负责管理备忘录对象。它可以将备忘录对象存储在某个容器中（例如堆栈），以便于后续的恢复操作。Caretaker 通常不直接操作备忘录的内容，而是通过 Originator 来请求恢复状态。

备忘录模式java代码实例

实现一个简单的文本编辑器，其中可以保存和恢复不同时间点的文本状态
Originator（发起人）：

public class TextEditor {
    private String content;

    public void write(String text) {
        content = text;
    }

    public Memento save() {
        return new Memento(content);
    }

    public void restore(Memento memento) {
        content = memento.getState();
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }
}

Memento（备忘录）：

public class Memento {
    private String state;

    public Memento(String stateToSave) {
        state = stateToSave;
    }

    public String getState() {
        return state;
    }
}

Caretaker（管理者）：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

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

    public void addMemento(Memento memento) {
        mementos.add(memento);
    }

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

客户端

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TextEditor textEditor = new TextEditor();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        textEditor.write("Hello, World!");
        caretaker.addMemento(textEditor.save());

        textEditor.write("Hello, My Friend!");
        caretaker.addMemento(textEditor.save());

        // 恢复到之前的状态
        textEditor.restore(caretaker.getMemento(0));
        System.out.println(textEditor.getContent()); // 输出：Hello, World!
    }
}

备忘录模式优点和缺点

备忘录模式在需要保存对象历史状态、支持撤销和恢复、记录操作历史等场景中非常有用。然而，在使用备忘录模式时，需要权衡好资源消耗和性能问题，以及是否适合当前的系统设计和需求。
优点：

  1. 状态保存和恢复
    备忘录模式可以很方便地保存对象的内部状态，并在需要时将其恢复到之前的状态，实现撤销、回滚或历史记录功能。
  2. 封装性增强
    备忘录模式可以将对象的状态封装在备忘录对象中，从而在外部不可见对象的具体状态，保持了对象的封装性。
  3. 简化原发器
    备忘录模式可以使原发器类（Originator）的代码更加简单，不必担心状态管理逻辑，将状态保存和恢复的工作交给备忘录对象。
  4. 支持多次撤销
    备忘录模式支持多级撤销，可以将多个备忘录对象存储在栈或列表中，实现多次撤销操作。
  5. 灵活性
    备忘录模式可以灵活地保存不同时间点的状态，可以适应各种撤销和恢复需求。

缺点：

  1. 资源消耗
    如果备忘录对象过多或状态变化频繁，可能会占用较多的内存和资源。
  2. 性能问题
    在某些情况下，频繁保存和恢复状态可能会导致性能问题。
  3. 复杂性增加
    在一些场景下，备忘录模式可能会引入更多的类和对象，增加系统的复杂性。
  4. 不适合大对象
    如果原发器对象包含大量的状态数据，备忘录模式可能不适合，因为保存和恢复大对象的状态会消耗较多的资源