设计模式：Memento 模式详解
Memento 模式详解
Memento（备忘录）模式是一种行为型设计模式，用于在不破坏封装性的前提下，捕获并外部化一个对象的内部状态，以便在之后能够将该对象恢复到原先保存的状态。它广泛应用于需要实现撤销（Undo）、回滚、历史记录、快照机制等场景，如文本编辑器、图形设计工具、游戏存档系统、事务管理与配置回退。该模式通过将状态的保存与恢复职责分离，保护了对象的封装性，避免了将内部状态暴露给外部调用者，是构建可维护、可恢复系统的重要技术手段。
一、Memento 模式的结构与核心角色
Memento 模式源于对“状态保存-恢复”问题的抽象，属于 GoF（Gang of Four）23 种经典设计模式之一。其核心思想是引入一个中间对象——备忘录（Memento），作为原发器（Originator）状态的容器，并由负责人（Caretaker）管理备忘录的生命周期。该模式涉及三个关键角色：
- Originator（原发器）：需要被保存和恢复状态的对象，如文档、游戏角色或配置管理器。
- Memento（备忘录）：存储 Originator 内部状态的快照对象，通常只允许 Originator 访问其内容。
- Caretaker（负责人）：负责保存和管理 Memento 对象，但不能访问其内部状态。
这种职责分离确保了 Originator 的封装性不被破坏，同时实现了状态的历史管理。其类结构关系如下图所示：
Originator 创建 Memento 来保存当前状态，Caretaker 负责存储这些 Memento（如栈或列表），并在需要时交还给 Originator 进行恢复。
二、Memento 模式详解
2.1 Originator（原发器）
Originator 是系统中需要支持状态回退的核心对象。它包含业务数据和逻辑，例如一个文本编辑器中的文档内容、一个游戏角色的生命值与位置等。Originator 提供 saveStateToMemento() 方法，用于创建一个包含当前状态的 Memento 对象；同时提供 getStateFromMemento(Memento) 方法，用于从 Memento 中恢复状态。关键在于，Memento 的构造函数通常由 Originator 调用，并传入其私有状态，从而保证状态封装性不被外部破坏。Originator 可以在状态变化前主动保存快照，或响应外部请求进行恢复。
2.2 Memento（备忘录）
Memento 是一个轻量级的数据载体，其主要职责是安全地保存 Originator 的内部状态。它通常只提供一个读取状态的方法（如 getState()），而不允许外部修改。在强封装要求下，Memento 的状态字段为私有，且仅 Originator 可访问——这可通过语言特性实现，如 Java 中的包级私有或友元类机制。Memento 本身不包含任何业务逻辑，仅作为状态的“容器”。它可以支持序列化以便持久化存储，或用于网络传输实现远程状态恢复。由于 Memento 可能频繁创建，需注意内存占用，必要时可结合对象池或压缩机制优化。
2.3 Caretaker（负责人）
Caretaker 负责管理 Memento 的生命周期，但它不能也不应访问 Memento 中的状态内容。它通常将 Memento 存储在集合中，如栈（用于实现撤销/重做）、队列（用于历史记录）或列表（用于快照管理）。Caretaker 根据操作序列调用 Originator 的保存方法获取 Memento 并存储；在用户请求“撤销”时，从集合中取出最近的 Memento 并交还给 Originator 进行恢复。Caretaker 与 Originator 解耦，使得状态管理逻辑独立于业务逻辑，提升了系统的模块化程度。例如，一个通用的“命令历史管理器”可作为 Caretaker，服务于多个不同类型的 Originator。
三、总结
以下表格对比了 Memento 模式中三个角色的职责与访问权限：
| 角色 | 职责 | 是否可访问 Memento 状态 | 典型实现方式 |
|---|---|---|---|
| Originator | 创建、恢复状态 | 是（唯一可读取者） | 提供 save/get 方法 |
| Memento | 存储状态快照 | 自身可读，外部不可写 | 私有状态 + 只读接口 |
| Caretaker | 管理 Memento 生命周期 | 否（仅持有引用） | 栈、列表、队列存储 |
Memento 模式通过这种严格的访问控制，实现了封装性与可恢复性的统一。它适用于任何需要状态快照的场景，尤其在交互式系统中价值显著。
架构师洞见：
Memento 模式不仅是实现撤销功能的技术工具，更是构建可观察、可回滚、可调试系统的架构基础。在微服务与事件溯源（Event Sourcing）架构中，其思想被进一步扩展：每个状态变更作为事件记录，系统可通过重放事件流恢复任意历史状态——这本质上是 Memento 模式的时序化与持久化演进。现代系统中，Memento 常与 Command 模式结合，形成“命令-备忘录”对，支持多级撤销与事务回滚。未来，随着 AI 驱动的自动回退与异常修复需求增长，Memento 模式将向智能化、轻量化与分布式快照方向发展。架构师应重视状态管理的设计，避免将“临时状态”与“持久状态”混杂，确保系统具备良好的可恢复性与运维能力。