【设计模式】用Java实现备忘录模式

一.备忘录模式介绍与使用场景

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为设计模式，它允许将对象的内部状态保存在一个备忘录对象中，并在需要时恢复对象的状态，而不破坏对象的封装性。

备忘录模式的核心是备忘录（Memento）角色，它用于存储对象的内部状态，并提供对状态的访问方法。原发器（Originator）角色负责创建备忘录并将自身的状态保存到备忘录中。管理者（Caretaker）角色负责存储和恢复备忘录，但是它不能访问备忘录的内部状态。

应用场景：

1. 当需要保存和恢复对象的内部状态，并且希望封装状态的具体实现细节时，可以使用备忘录模式。备忘录模式将对象的状态保存在备忘录对象中，对外部对象隐藏了状态的实现细节，提高了对象的封装性。

2. 当需要在不破坏对象封装性的前提下保存和恢复对象的状态，以便进行撤销、回滚或者历史记录管理时，可以考虑使用备忘录模式。备忘录模式可以保存对象的历史状态，并在需要时恢复到指定的状态。

3. 当需要保存对象状态的快照，以便在将来某个时间点恢复到该状态时，可以使用备忘录模式。备忘录模式可以捕获对象的当前状态并保存在备忘录对象中，以供后续恢复使用。

4. 当对象的状态变化频繁，但是希望能够随时回滚到之前的某个状态时，可以考虑使用备忘录模式。备忘录模式可以在每次状态变化时保存备忘录，以便在需要时进行状态的回滚。

5. 当需要实现多级撤销操作或者复杂的历史记录功能时，可以使用备忘录模式。备忘录模式可以保存多个备忘录对象，实现多级撤销或者浏览历史记录的功能。

需要注意的是，备忘录模式可能会占用较多的内存，特别是在需要保存大量状态或者频繁保存状态的情况下。因此，在使用备忘录模式时需要考虑内存的使用情况和性能要求。

二.备忘录模式实现

下面是一个使用Java实现的简单示例：

首先，我们定义备忘录类 Memento，用于存储对象的状态：

public class Memento {
    private String state;
    
    public Memento(String state) {
        this.state = state;
    }
    
    public String getState() {
        return state;
    }
}

然后，我们创建原发器类 Originator，它包含了需要保存和恢复的状态，并提供了创建备忘录和从备忘录恢复状态的方法：

public class Originator {
    private String state;
    
    public void setState(String state) {
        this.state = state;
    }
    
    public String getState() {
        return state;
    }
    
    public Memento createMemento() {
        return new Memento(state);
    }
    
    public void restoreFromMemento(Memento memento) {
        state = memento.getState();
    }
}

接下来，我们创建管理者类 Caretaker，它负责存储和恢复备忘录对象：

public class Caretaker {
    private Memento memento;
    
    public void setMemento(Memento memento) {
        this.memento = memento;
    }
    
    public Memento getMemento() {
        return memento;
    }
}

最后，我们可以在客户端中使用备忘录模式：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();
        
        // 设置原发器的状态
        originator.setState("State 1");
        System.out.println("Initial state: " + originator.getState());
        
        // 创建备忘录并保存到管理者
        caretaker.setMemento(originator.createMemento());
        
        // 修改原发器的状态
        originator.setState("State 2");
        System.out.println("Updated state: " + originator.getState());
        
        // 从备忘录中恢复原发器的状态
        originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento());
        System.out.println("Restored state: " + originator.getState());
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个原发器对象 originator 和一个管理者对象 caretaker。首先，我们设置原发器的初始状态并打印出来。然后，创建备忘录并将其保存到管理者中。接下来，修改原发器的状态并打印出来。最后，从备忘录中恢复原发器的状态并打印出来，可以看到原发器的状态被成功恢复。

通过使用备忘录模式，我们可以在不破坏对象封装的前提下保存和恢复对象的状态。这对于需要记录和回滚对象状态的场景非常有用，例如撤销操作、快照管理等。

下面再举一个实际项目环境中的例子来说明

假设我们正在开发一个文本编辑器，用户可以在编辑器中输入文本并进行编辑操作。我们希望使用备忘录模式来实现撤销和恢复功能，即用户可以撤销之前的编辑操作，并恢复到之前的状态。

首先，我们定义备忘录类 EditorMemento，用于保存编辑器的状态：

public class EditorMemento {
    private String content;
    
    public EditorMemento(String content) {
        this.content = content;
    }
    
    public String getContent() {
        return content;
    }
}

然后，我们创建原发器类 Editor，它包含需要保存和恢复的状态，并提供了创建备忘录和从备忘录恢复状态的方法：

public class Editor {
    private String content;
    
    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }
    
    public String getContent() {
        return content;
    }
    
    public EditorMemento createMemento() {
        return new EditorMemento(content);
    }
    
    public void restoreFromMemento(EditorMemento memento) {
        content = memento.getContent();
    }
}

接下来，我们创建管理者类 History，它负责存储和恢复备忘录对象：

import java.util.Stack;

public class History {
    private Stack mementos;
    
    public History() {
        mementos = new Stack<>();
    }
    
    public void pushMemento(EditorMemento memento) {
        mementos.push(memento);
    }
    
    public EditorMemento popMemento() {
        return mementos.pop();
    }
}

最后，我们可以在客户端中使用备忘录模式：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Editor editor = new Editor();
        History history = new History();
        
        // 用户输入和编辑文本
        editor.setContent("First version");
        System.out.println("Current content: " + editor.getContent());
        
        // 创建备忘录并保存到历史记录
        history.pushMemento(editor.createMemento());
        
        // 用户继续编辑文本
        editor.setContent("Second version");
        System.out.println("Current content: " + editor.getContent());
        
        // 用户撤销操作，恢复到之前的状态
        EditorMemento memento = history.popMemento();
        editor.restoreFromMemento(memento);
        System.out.println("Restored content: " + editor.getContent());
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个原发器对象 editor 和一个历史记录对象 history。首先，用户输入和编辑了文本，并打印出当前的内容。然后，创建备忘录并将其保存到历史记录中。接下来，用户继续编辑文本并打印出当前内容。最后，用户撤销操作，从历史记录中取出备忘录并恢复到之前的状态，然后打印出恢复后的内容。