Java设计模式之备忘录模式

前言

备忘录模式是软件系统的“月光宝盒”，它提供了一种对象状态的撤销实现机制，当系统中的某个对象需要恢复到某一历史状态时可以使用备忘录模式进行设计。

正文

一、定义

定义如下：

备忘录模式： 在不破坏封装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，
这样可以在以后将对象恢复到原先保存的状态。
Memento Pattern： Without violating encapsulation, capture and externalize an object’s internal state
so that the object can be restored to this state later.

备忘录模式是一种对象行为型模式，其别名为标记（Token）模式。

二、结构

备忘录模式包含3个角色：
（1）Originator（原发器）：原发器是一个普通类，它通过创建一个备忘录来存储当前内部状态，也可以使用备忘录来恢复其内部状态，一般将系统中需要保存内部状态的类设计为原发器。
（2）Memento（备忘录）：备忘录用于存储原发器的内部状态，根据原发器来决定保存哪些内部状态。备忘录的设计一般可以参考原发器的设计，根据实际需要确定备忘录类中的属性。需要注意的是，除了原发器本身与负责人类之外，备忘录对象不能直接供其它类使用，原发器的设计在不同的编程语言中实现机制会有所不同。
（3）Caretaker（负责人）：负责人又称为管理者，它负责保存备忘录，但是不能对备忘录的内容进行操作或检查。在负责人类中可以存储一个或多个备忘录对象，它只负责存储对象，而不能修改对象，也无须知道对象的实现细节。

三、实现

原发器典型代码如下：

public class Originator{
	private String state;
	
	public Originator(String state){
		this.state = state;
	}

	//创建一个备忘录对象
	public Memento createMemento(){
		return new Memento(this);
	}
	
	//根据备忘录对象恢复原发器状态
	public void restoreMemento(Memento m){
		state = m.state;
	}

	public void setState(String state){
		this.state = state;
	}

	public String getState(){
		return this.state;
	}
}

典型的备忘录代码如下：

//备忘录类，默认可见性，包内可见
class Memento{
	private String state;

	public Memento(Originator o){
		state = o.getState();
	}
	
	public void setState(String state){
		this.state = state;
	}

	public String getState(){
		return this.state;
	}
}

使用Java实现备忘录模式时，一般通过将Memento类与Originator类定义在同一个包（package）中来实现封装，可以使用默认访问标识符来定义Memento类，即保证其包内可见。只有Originator 类可以对Memento进行访问，而限制了其他类对Memento的访问。

除此之外，还可以将备忘录类作为原发器类的内部类，以达到上述目的。

典型的负责人类的代码如下：

public class Caretaker{
	private Memento memento;
	
	public Memento getMemento(){
		return memento;
	}

	public void setMemento(Memento memento){
		this.memento = memento;
	}
}

在Caretaker类中不应该直接调用Memento中的状态改变方法，它的作用仅仅是存储备忘录对象。将原发器备份生成的备忘录对象存储在其中，当用户需要对原发器进行恢复时再将存储再其中的备忘录对象取出。
客户端演示代码如下：

public class Client{
	public static void main(String args[]){
		//创建原发器对象
		Originator ori = new Originator("状态（1）");
		System.out.println(ori.getState());

		//创建负责人对象，保存创建的备忘录对象
		Caretaker ct = new Caretaker();
		ct.setMemento(ori.createMemento());

		ori.setState("状态（2）");
		System.out.println(ori.getState());

		//从负责人对象中取出备忘录对象，实现撤销
		ori.restoreMemento(ct.getMemento());
		System.out.println(ori.getState());
	}

}

四、实现多次撤销

多次撤销的解决方案，那就是在负责人类中定义一个集合来存储多个备忘录，每个备忘录负责保存一个历史状态，在撤销时可以对备忘录集合进行逆向遍历，回到一个指定的历史状态，而且还可以对备忘录集合进行正向遍历，实现重做（Redo）或恢复操作，即取消撤销，让对象状态得到恢复。

五、备忘录优缺点与适用环境

优点

（1）提供了一种状态恢复的实现机制，使得用户可以方便地回到一个特定的历史步骤，当新的状态无效或者存在问题时可以使用暂时存储起来的备忘录将状态复原。
（2）备忘录实现了对信息的封装，一个备忘录对象是一种原发器对象状态的表示，不会被其他代码所改动。备忘录保存了原发器的状态，采用列表、堆栈等集合来存储备忘录对象可以实现多次撤销操作。

缺点

资源消耗过大，如果需要保存的原发器类的成员变量太多，就不可避免地需要占用大量的存储空间，每保存一次对象的状态都需要消耗一定的系统资源。

适用环境

（1）保存一个对象在某一时刻的全部状态或部分状态，这样以后需要时它能够恢复到先前的状态，实现撤销操作。
（2）防止外界对象破坏一个对象历史状态的封装性，避免将对象历史状态的实现细节暴露给外界对象。

以上文字，大量摘抄自《Java设计模式》一书，由刘伟老师编著，故本文应当列入转载一类，有兴趣的朋友可以直接阅读原书。