设计模式：备忘录模式

意图

备忘录模式（Memento）是一种行为设计模式，允许在不暴露对象实现细节的情况下保存和恢复对象之前的状态。

备忘录模式结构

基于嵌套类的实现

基于嵌套类的备忘录

原发器 （Originator）类可以生成自身状态的快照，也可以在需要时通过快照恢复自身状态。

备忘录 （Memento）是原发器状态快照的值对象（value object）。通常做法是将备忘录设为不可变的，并通过构造函数一次性传递数据。

负责人 （Caretaker）仅知道 “何时” 和 “为何” 捕捉原发器的状态，以及何时恢复状态。

负责人通过保存备忘录栈来记录原发器的历史状态。当原发器需要回溯历史状态时，负责人将从栈中获取最顶部的备忘录，并将其传递给原发器的恢复（restoration）方法。

在该实现方法中，备忘录类将被嵌套在原发器中。这样原发器就可访问备忘录的成员变量和方法，即使这些方法被声明为私有。另一方面，负责人对于备忘录的成员变量和方法的访问权限非常有限：它们只能在栈中保存备忘录，而不能修改其状态。

基于中间接口的实现

如果你不想让其他类有任何机会通过备忘录来访问原发器的状态，那么还有另一种可用的实现方式。

这种实现方式允许存在多种不同类型的原发器和备忘录。每种原发器都和其相应的备忘录类进行交互。原发器和备忘录都不会将其状态暴露给其他类。

负责人此时被明确禁止修改存储在备忘录中的状态。但负责人类将独立于原发器，因为此时恢复方法被定义在了备忘录类中。

每个备忘录将与创建了自身的原发器连接。原发器会将自己及状态传递给备忘录的构造函数。由于这些类之间的紧密联系，只要原发器定义了合适的设置器（setter），备忘录就能恢复其状态。

封装更加严格的备忘录

备忘录模式适合应用场景

当你需要创建对象状态快照来恢复其之前的状态时，可以使用备忘录模式。

备忘录模式允许你复制对象中的全部状态（包括私有成员变量），并将其独立于对象进行保存。尽管大部分人因为 “撤销” 这个用例才记得该模式，但其实它在处理事务（比如需要在出现错误时回滚一个操作）的过程中也必不可少。

当直接访问对象的成员变量、获取器或设置器将导致封装被突破时，可以使用该模式。

备忘录让对象自行负责创建其状态的快照。任何其他对象都不能读取快照，这有效地保障了数据的安全性。

备忘录模式优缺点

优点：

你可以在不破坏对象封装情况的前提下创建对象状态快照。
你可以通过让负责人维护原发器状态历史记录来简化原发器代码。

缺点：

如果客户端过于频繁地创建备忘录，程序将消耗大量内存。
负责人必须完整跟踪原发器的生命周期，这样才能销毁弃用的备忘录。
绝大部分动态编程语言（例如 PHP、 Python 和 JavaScript）不能确保备忘录中的状态不被修改。

与其他模式的关系

你可以同时使用命令模式和备忘录模式来实现 “撤销”。在这种情况下，命令用于对目标对象执行各种不同的操作，备忘录用来保存一条命令执行前该对象的状态。
你可以同时使用备忘录和迭代器模式来获取当前迭代器的状态，并且在需要的时候进行回滚。
有时候原型模式可以作为备忘录的一个简化版本，其条件是你需要在历史记录中存储的对象的状态比较简单，不需要链接其他外部资源，或者链接可以方便地重建。

在 Java 中使用模式

使用示例： 备忘录的基本原则可通过序列化来实现，这在 Java 语言中很常见。尽管备忘录不是生成对象状态快照的唯一或最有效方法，但它能在保护原始对象的结构不暴露给其他对象的情况下保存对象状态的备份。

下面是核心 Java 程序库中该模式的一些示例：

所有 java.io.Serializable 的实现都可以模拟备忘录。
所有 javax.faces.component.StateHolder 的实现。

示例代码

public class Originator {
  private String state;

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

  public String getState() {
    return state;
  }

  public Memento saveStateToMemento() {
    return new Memento(state);
  }

  public void getStateFromMemento(Memento Memento) {
    state = Memento.getState();
  }
}

public class Memento {
  private final String state;

  public Memento(String state) {
    this.state = state;
  }

  public String getState() {
    return state;
  }
}

public class CareTaker {
  private final List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();

  public void add(Memento state) {
    mementoList.add(state);
  }

  public Memento get(int index) {
    return mementoList.get(index);
  }
}

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    Originator originator = new Originator();
    CareTaker careTaker = new CareTaker();
    originator.setState("State #1");
    originator.setState("State #2");
    careTaker.add(originator.saveStateToMemento());
    originator.setState("State #3");
    careTaker.add(originator.saveStateToMemento());
    originator.setState("State #4");

    System.out.println("Current State: " + originator.getState());
    originator.getStateFromMemento(careTaker.get(0));
    System.out.println("First saved State: " + originator.getState());
    originator.getStateFromMemento(careTaker.get(1));
    System.out.println("Second saved State: " + originator.getState());
  }
}

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