备忘录模式基础概念
备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便后续可以将该对象恢复到先前保存的状态。备忘录模式通过将状态保存和恢复的责任分离，实现了对象状态管理的封装和解耦。
备忘录模式的核心组件
- 原发器（Originator） - 需要保存状态的对象，负责创建和恢复备忘录。
- 备忘录（Memento） - 存储原发器的内部状态，通常通过原发器创建并由管理者持有。
- 管理者（Caretaker） - 负责保存备忘录，但不能对备忘录的内容进行操作或检查。
备忘录模式的实现
下面通过一个文本编辑器的例子展示备忘录模式的实现：
// 1. 备忘录类 - 存储原发器的状态
class Memento {private final String content; // 需要保存的状态public Memento(String content) {this.content = content;}public String getContent() {return content;}
}// 2. 原发器 - 文本编辑器
class TextEditor {private String content; // 内部状态public void setContent(String content) {this.content = content;}public String getContent() {return content;}// 创建备忘录，保存当前状态public Memento createMemento() {return new Memento(content);}// 从备忘录恢复状态public void restoreMemento(Memento memento) {this.content = memento.getContent();}
}// 3. 管理者 - 负责保存备忘录
class History {private final Stack<Memento> mementos = new Stack<>(); // 使用栈保存历史状态public void push(Memento memento) {mementos.push(memento);}public Memento pop() {if (mementos.isEmpty()) {return null;}return mementos.pop();}
}// 4. 客户端代码
public class MementoPatternClient {public static void main(String[] args) {TextEditor editor = new TextEditor();History history = new History();// 编辑文本并保存状态editor.setContent("Hello");history.push(editor.createMemento());editor.setContent("Hello World");history.push(editor.createMemento());editor.setContent("Hello World!");System.out.println("当前内容: " + editor.getContent()); // 输出: Hello World!// 撤销操作editor.restoreMemento(history.pop());System.out.println("撤销一次后的内容: " + editor.getContent()); // 输出: Hello Worldeditor.restoreMemento(history.pop());System.out.println("再撤销一次后的内容: " + editor.getContent()); // 输出: Hello}
}
备忘录模式的变体
白箱备忘录 - 备忘录的状态对所有类可见，违反封装原则，但实现简单：
class Memento {private String content;public Memento(String content) {this.content = content;}// 所有类可访问的公共方法public String getContent() {return content;}public void setContent(String content) {this.content = content;} }黑箱备忘录 - 使用内部类和接口实现封装，原发器以外的类无法访问备忘录内容：
interface MementoInterface {// 空接口，仅用于标识 }class TextEditor {private String content;// 私有内部类实现备忘录private class EditorMemento implements MementoInterface {private final String savedContent;public EditorMemento(String content) {this.savedContent = content;}private String getSavedContent() {return savedContent;}}public MementoInterface createMemento() {return new EditorMemento(content);}public void restoreMemento(MementoInterface memento) {EditorMemento editorMemento = (EditorMemento) memento;this.content = editorMemento.getSavedContent();} }增量备忘录 - 只保存状态变化的部分，节省内存：
class IncrementalMemento {private final String addedText;private final int position;public IncrementalMemento(String addedText, int position) {this.addedText = addedText;this.position = position;}// 恢复方法由原发器实现 }
备忘录模式的应用场景
- 撤销 / 重做功能 - 如文本编辑器、图形设计工具的历史记录
- 事务管理 - 数据库操作的回滚机制
- 游戏存档 - 保存游戏进度，支持读取存档
- 状态恢复 - 系统崩溃后的恢复点机制
- 多级筛选 - 如电商平台的筛选条件保存与恢复
- 浏览器历史 - 网页浏览历史的前进 / 后退功能
备忘录模式的优缺点
优点：
- 保持封装性 - 不破坏对象的封装前提下保存和恢复其内部状态
- 简化原发器 - 原发器不需要管理自己的历史状态，职责更清晰
- 支持撤销操作 - 可以方便地实现多级撤销和重做功能
- 状态恢复透明 - 客户端无需关心状态的保存细节
- 符合开闭原则 - 可以在不修改原发器的情况下新增备忘录类
缺点：
- 资源消耗 - 如果频繁创建备忘录，会占用大量内存
- 性能问题 - 对于大型对象，保存和恢复状态可能影响性能
- 管理复杂度 - 管理者需要正确管理备忘录的生命周期
- 序列化开销 - 如果需要跨进程或持久化保存，可能增加序列化复杂度
使用备忘录模式的注意事项
- 控制备忘录大小 - 避免保存过大的对象状态，考虑使用增量备忘录
- 限制管理者权限 - 管理者只能保存和传递备忘录，不能修改其内容
- 考虑内存管理 - 对于长期保存的备忘录，需要考虑内存回收策略
- 处理复杂对象 - 对于包含引用的对象，需要处理深拷贝和浅拷贝问题
- 结合其他模式 - 备忘录模式常与命令模式结合实现撤销系统，与迭代器模式结合遍历历史状态
- 持久化支持 - 如果需要持久化备忘录，需考虑序列化和版本兼容性
总结
备忘录模式通过将对象状态的保存和恢复封装在独立的备忘录类中，实现了对象状态管理的解耦和封装。它在不破坏对象封装性的前提下，允许对象在需要时恢复到之前的状态，是实现撤销 / 重做功能、事务回滚、游戏存档等场景的理想选择。在实际开发中，合理使用备忘录模式可以提高系统的可维护性和用户体验，但需要注意控制内存消耗和管理复杂度。
