设计模式——备忘录模式
一、备忘录模式
1.1 概述
每个人都有犯错误的时候，都希望有种“后悔药”能弥补自己的过失，让自己重新开始，但现实是残酷的。在计算机应用中，客户同样会常常犯错误，能否提供“后悔药”给他们呢？当然是可以的，而且是有必要的。这个功能由“备忘录模式”来实现。
其实很多应用软件都提供了这项功能，如 Word、记事本、Photoshop、Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键时能撤销当前操作，使文档恢复到之前的状态；还有在 IE 中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。
备忘录模式能记录一个对象的内部状态，当用户后悔时能撤销当前操作，使数据恢复到它原先的状态。
1.2 定义
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，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。该模式又叫快照模式。
1.3 结构
- 发起人（Originator）角色：记录当前时刻的内部状态信息，提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能，实现其他业务功能，它可以访问备忘录里的所有信息。
- 备忘录（Memento）角色：负责存储发起人的内部状态，在需要的时候提供这些内部状态给发起人。
- 管理者（Caretaker）角色：对备忘录进行管理，提供保存与获取备忘录的功能，但其不能对备忘录的内容进行访问与修改。
备忘录有两个等效的接口：
- 窄接口：管理者(Caretaker)对象（和其他发起人对象之外的任何对象）看到的是备忘录的窄接口(narror Interface)，这个窄接口只允许他把备忘录对象传给其他的对象。
- 宽接口：与管理者看到的窄接口相反，发起人对象可以看到一个宽接口(wide Interface)，这个宽接口允许它读取所有的数据，以便根据这些数据恢复这个发起人对象的内部状态。
1.4 例子
游戏中的某个场景，一游戏角色有生命力、攻击力、防御力等数据，在打Boss前和后一定会不一样的，我们允许玩家如果感觉与Boss决斗的效果不理想可以让游戏恢复到决斗之前的状态。
要实现上述案例，有两种方式：
- “白箱”备忘录模式
- “黑箱”备忘录模式
1.4.1 “白箱”备忘录模式
备忘录角色对任何对象都提供一个接口，即宽接口，备忘录角色的内部所存储的状态就对所有对象公开。
代码如下：
//游戏角色类
public class GameRole {
private int vit; //生命力
private int atk; //攻击力
private int def; //防御力
//初始化状态
public void initState() {
this.vit = 100;
this.atk = 100;
this.def = 100;
}
//战斗
public void fight() {
this.vit = 0;
this.atk = 0;
this.def = 0;
}
//保存角色状态
public RoleStateMemento saveState() {
return new RoleStateMemento(vit, atk, def);
}
//回复角色状态
public void recoverState(RoleStateMemento roleStateMemento) {
this.vit = roleStateMemento.getVit();
this.atk = roleStateMemento.getAtk();
this.def = roleStateMemento.getDef();
}
public void stateDisplay() {
System.out.println("角色生命力：" + vit);
System.out.println("角色攻击力：" + atk);
System.out.println("角色防御力：" + def);
}
public int getVit() {
return vit;
}
public void setVit(int vit) {
this.vit = vit;
}
public int getAtk() {
return atk;
}
public void setAtk(int atk) {
this.atk = atk;
}
public int getDef() {
return def;
}
public void setDef(int def) {
this.def = def;
}
}
//游戏状态存储类(备忘录类)
public class RoleStateMemento {
private int vit;
private int atk;
private int def;
public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {
this.vit = vit;
this.atk = atk;
this.def = def;
}
public int getVit() {
return vit;
}
public void setVit(int vit) {
this.vit = vit;
}
public int getAtk() {
return atk;
}
public void setAtk(int atk) {
this.atk = atk;
}
public int getDef() {
return def;
}
public void setDef(int def) {
this.def = def;
}
}
//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
private RoleStateMemento roleStateMemento;
public RoleStateMemento getRoleStateMemento() {
return roleStateMemento;
}
public void setRoleStateMemento(RoleStateMemento roleStateMemento) {
this.roleStateMemento = roleStateMemento;
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("------------大战Boss前------------");
//大战Boss前
GameRole gameRole = new GameRole();
gameRole.initState();
gameRole.stateDisplay();
//保存进度
RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
roleStateCaretaker.setRoleStateMemento(gameRole.saveState());
System.out.println("------------大战Boss后------------");
//大战Boss时，损耗严重
gameRole.fight();
gameRole.stateDisplay();
System.out.println("------------恢复之前状态------------");
//恢复之前状态
gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getRoleStateMemento());
gameRole.stateDisplay();
}
}
白箱备忘录模式是破坏封装性的。但是通过程序员自律，同样可以在一定程度上实现模式的大部分用意。
1.4.2 “黑箱”备忘录模式
备忘录角色对发起人对象提供一个宽接口，而为其他对象提供一个窄接口。在Java语言中，实现双重接口的办法就是将备忘录类设计成发起人类的内部成员类。
将 RoleStateMemento 设为 GameRole 的内部类，从而将 RoleStateMemento 对象封装在 GameRole 里面；在外面提供一个标识接口 Memento 给 RoleStateCaretaker 及其他对象使用。这样 GameRole 类看到的是 RoleStateMemento 所有的接口，而RoleStateCaretaker 及其他对象看到的仅仅是标识接口 Memento 所暴露出来的接口，从而维护了封装型。类图如下：
public interface Memento {
}
定义发起人类 GameRole，并在内部定义备忘录内部类 RoleStateMemento（该内部类设置为私有的）
/游戏角色类
public class GameRole {
private int vit; //生命力
private int atk; //攻击力
private int def; //防御力
//初始化状态
public void initState() {
this.vit = 100;
this.atk = 100;
this.def = 100;
}
//战斗
public void fight() {
this.vit = 0;
this.atk = 0;
this.def = 0;
}
//保存角色状态
public Memento saveState() {
return new RoleStateMemento(vit, atk, def);
}
//回复角色状态
public void recoverState(Memento memento) {
RoleStateMemento roleStateMemento = (RoleStateMemento) memento;
this.vit = roleStateMemento.getVit();
this.atk = roleStateMemento.getAtk();
this.def = roleStateMemento.getDef();
}
public void stateDisplay() {
System.out.println("角色生命力：" + vit);
System.out.println("角色攻击力：" + atk);
System.out.println("角色防御力：" + def);
}
public int getVit() {
return vit;
}
public void setVit(int vit) {
this.vit = vit;
}
public int getAtk() {
return atk;
}
public void setAtk(int atk) {
this.atk = atk;
}
public int getDef() {
return def;
}
public void setDef(int def) {
this.def = def;
}
private class RoleStateMemento implements Memento {
private int vit;
private int atk;
private int def;
public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {
this.vit = vit;
this.atk = atk;
this.def = def;
}
public int getVit() {
return vit;
}
public void setVit(int vit) {
this.vit = vit;
}
public int getAtk() {
return atk;
}
public void setAtk(int atk) {
this.atk = atk;
}
public int getDef() {
return def;
}
public void setDef(int def) {
this.def = def;
}
}
}
负责人角色类 RoleStateCaretaker 能够得到的备忘录对象是以 Memento 为接口的，由于这个接口仅仅是一个标识接口，因此负责人角色不可能改变这个备忘录对象的内容
//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
private Memento memento;
public Memento getMemento() {
return memento;
}
public void setMemento(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
}
客户端测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("------------大战Boss前------------");
//大战Boss前
GameRole gameRole = new GameRole();
gameRole.initState();
gameRole.stateDisplay();
//保存进度
RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
roleStateCaretaker.setMemento(gameRole.saveState());
System.out.println("------------大战Boss后------------");
//大战Boss时，损耗严重
gameRole.fight();
gameRole.stateDisplay();
System.out.println("------------恢复之前状态------------");
//恢复之前状态
gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getMemento());
gameRole.stateDisplay();
}
}
1.5 优缺点
优点
- 提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。
- 实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外，其他对象都不能够访问这些状态信息。
- 简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份，所有状态信息都保存在备忘录中，并由管理者进行管理，这符合单一职责原则。
缺点
- 资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁，将会占用比较大的内存资源。
1.6 应用场景
- 需要保存与恢复数据的场景，如玩游戏时的中间结果的存档功能。
- 需要提供一个可回滚操作的场景，如 Word、记事本、Photoshop，Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键，还有数据库中事务操作。
1.7 拓展
由于 JDK、Spring、Mybatis 中很少有备忘录模式，所以该设计模式不做典型应用源码分析。
Spring Webflow 中 DefaultMessageContext 类实现了 StateManageableMessageContext 接口，查看其源码可以发现其主要逻辑就相当于给 Message 备份。感兴趣的小伙伴可以去阅读学习其源码。