Java设计模式(二十一)：备忘录设计模式

1. 应用场景

备忘录模式经常可以遇到，譬如下面这些场景：

• 浏览器回退：浏览器一般有浏览记录，当我们在一个网页上点击几次链接之后，可在左上角点击左箭头回退到上一次的页面，然后也可以点击右箭头重新回到当前页面
• 数据库备份与还原：一般的数据库都支持备份与还原操作，备份即将当前已有的数据或者记录保留，还原即将已经保留的数据恢复到对应的表中
• 编辑器撤销与重做：在编辑器上编辑文字，写错时可以按快捷键 Ctrl + z 撤销，撤销后可以按 Ctrl + y 重做
• 虚拟机生成快照与恢复：虚拟机可以生成一个快照，当虚拟机发生错误时可以恢复到快照的样子
• Git版本管理：Git是最常见的版本管理软件，每提交一个新版本，实际上Git就会把它们自动串成一条时间线，每个版本都有一个版本号，使用 git reset --hard 版本号 即可回到指定的版本，让代码时空穿梭回到过去某个历史时刻
• 棋牌游戏悔棋：在棋牌游戏中，有时下快了可以悔棋，回退到上一步重新下

2. 概念

在不违反封装的情况下获得对象的内部状态，从而在需要时可以将对象恢复到最初状态。它是一种对象行为型模式，其别名为Token。

3. Class Diagram

• Originator：原始对象
• Caretaker：负责保存好备忘录
• Menento：备忘录，存储原始对象的的状态。备忘录实际上有两个接口，一个是提供给
• Caretaker 的窄接口：它只能将备忘录传递给其它对象；一个是提供给 Originator 的宽接口，允许它访问到先前状态所需的所有数据。理想情况是只允许 Originator 访问本备忘录的内部状态。

4. Implementation

以下实现了一个简单计算器程序，可以输入两个值，然后计算这两个值的和。备忘录模式允许将这两个值存储起来，然后在某个时刻用存储的状态进行恢复。

/**
 * Originator Interface
 */
public interface Calculator {

    // Create Memento
    PreviousCalculationToCareTaker backupLastCalculation();

    // setMemento
    void restorePreviousCalculation(PreviousCalculationToCareTaker memento);

    int getCalculationResult();

    void setFirstNumber(int firstNumber);

    void setSecondNumber(int secondNumber);
}
/**
 * Originator Implementation
 */
public class CalculatorImp implements Calculator {

    private int firstNumber;
    private int secondNumber;

    @Override
    public PreviousCalculationToCareTaker backupLastCalculation() {
        // create a memento object used for restoring two numbers
        return new PreviousCalculationImp(firstNumber, secondNumber);
    }

    @Override
    public void restorePreviousCalculation(PreviousCalculationToCareTaker memento) {
        this.firstNumber = ((PreviousCalculationToOriginator) memento).getFirstNumber();
        this.secondNumber = ((PreviousCalculationToOriginator) memento).getSecondNumber();
    }

    @Override
    public int getCalculationResult() {
        // result is adding two numbers
        return firstNumber + secondNumber;
    }

    @Override
    public void setFirstNumber(int firstNumber) {
        this.firstNumber = firstNumber;
    }

    @Override
    public void setSecondNumber(int secondNumber) {
        this.secondNumber = secondNumber;
    }
}
/**
 * Memento Interface to Originator
 *
 * This interface allows the originator to restore its state
 */
public interface PreviousCalculationToOriginator {
    int getFirstNumber();
    int getSecondNumber();
}
/**
 *  Memento interface to CalculatorOperator (Caretaker)
 */
public interface PreviousCalculationToCareTaker {
    // no operations permitted for the caretaker
}
/**
 * Memento Object Implementation
 * 

 * Note that this object implements both interfaces to Originator and CareTaker
 */
public class PreviousCalculationImp implements PreviousCalculationToCareTaker,
        PreviousCalculationToOriginator {

    private int firstNumber;
    private int secondNumber;

    public PreviousCalculationImp(int firstNumber, int secondNumber) {
        this.firstNumber = firstNumber;
        this.secondNumber = secondNumber;
    }

    @Override
    public int getFirstNumber() {
        return firstNumber;
    }

    @Override
    public int getSecondNumber() {
        return secondNumber;
    }
}
/**
 * CareTaker object
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // program starts
        Calculator calculator = new CalculatorImp();

        // assume user enters two numbers
        calculator.setFirstNumber(10);
        calculator.setSecondNumber(100);

        // find result
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());

        // Store result of this calculation in case of error
        PreviousCalculationToCareTaker memento = calculator.backupLastCalculation();

        // user enters a number
        calculator.setFirstNumber(17);

        // user enters a wrong second number and calculates result
        calculator.setSecondNumber(-290);

        // calculate result
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());

        // user hits CTRL + Z to undo last operation and see last result
        calculator.restorePreviousCalculation(memento);

        // result restored
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());
    }
}
运行结果：
110
-273
110

5. 优点和缺点

5.1 优点

• 将被存储的状态放在外面，不要和关键对象混在一起，这样可以帮助维护内聚。
• 保持关键对象的数据封装
• 提供了容易实现的恢复能力

5.2 用途和缺点

• 备忘录用于存储状态。
• 使用备忘录的缺点：存储和恢复的过程可能相对耗时。
• 在Java系统中，其实可以考虑用序列化（serializaiton）机制存储系统的状态。

6. JDK

• java.io.Serializable