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：
- 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。
- 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。
- 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 2
caretaker.undo(editor); // 撤销到 Version 1
caretaker.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：
- 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。 - 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。 - 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：
- 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。 - 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
- 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。 - 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。 - 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;
}
@Override
public 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。
