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Java设计模式之备忘录模式详解

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一、备忘录模式核心思想

核心目标：捕获对象内部状态并在需要时恢复，同时不破坏对象的封装性。如同游戏存档系统，允许玩家保存当前进度并在需要时回退到之前的状态。

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二、备忘录模式类图（Mermaid）

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三、代码实现示例

1. 文本编辑器撤销功能

// 备忘录类（存储编辑器状态）
class TextMemento {private final String text;private final int cursorPosition;public TextMemento(String text, int cursorPosition) {this.text = text;this.cursorPosition = cursorPosition;}public String getText() {return text;}public int getCursorPosition() {return cursorPosition;}
}// 原发器：文本编辑器
class TextEditor {private StringBuilder text = new StringBuilder();private int cursorPosition = 0;public void type(String words) {text.insert(cursorPosition, words);cursorPosition += words.length();System.out.println("当前文本: " + text);}public void moveCursor(int position) {cursorPosition = Math.max(0, Math.min(position, text.length()));System.out.println("光标移动到: " + cursorPosition);}public TextMemento save() {return new TextMemento(text.toString(), cursorPosition);}public void restore(TextMemento memento) {this.text = new StringBuilder(memento.getText());this.cursorPosition = memento.getCursorPosition();System.out.println("恢复文本: " + text);}public void printStatus() {System.out.println("文本: " + text);System.out.println("光标位置: " + cursorPosition);}
}// 管理者：历史记录
class History {private List<TextMemento> states = new ArrayList<>();public void push(TextMemento state) {states.add(state);}public TextMemento pop() {if (states.isEmpty()) return null;return states.remove(states.size() - 1);}public TextMemento get(int index) {return states.get(index);}
}// 客户端调用
public class Client {public static void main(String[] args) {TextEditor editor = new TextEditor();History history = new History();// 编辑文本editor.type("设计模式");history.push(editor.save());  // 保存状态1editor.type("备忘录");history.push(editor.save());  // 保存状态2editor.type("示例");System.out.println("\n当前状态:");editor.printStatus();// 撤销到上一步System.out.println("\n撤销操作:");editor.restore(history.pop());  // 恢复状态2editor.printStatus();// 再撤销一步System.out.println("\n再次撤销:");editor.restore(history.pop());  // 恢复状态1editor.printStatus();}
}

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四、模式优缺点分析

✅ 优势

• 状态封装：不暴露对象内部实现细节
• 撤销/重做支持：轻松实现历史记录功能
• 状态快照：支持任意时刻状态保存
• 符合单一职责：状态管理职责分离

❌ 缺点

• 内存消耗：大量状态保存可能导致内存占用高
• 性能影响：大对象状态保存/恢复可能耗时
• 复杂状态处理：嵌套对象状态保存较复杂

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五、典型应用场景

1. 文本编辑器：撤销/重做功能实现
2. 游戏开发：保存/加载游戏进度
3. 事务回滚：数据库操作回退
4. 软件配置：保存和恢复用户设置
5. 绘图软件：操作历史记录
6. 状态机：回退到之前状态

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六、Mermaid序列图（状态保存与恢复）

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七、备忘录模式 vs 其他模式

对比模式	核心区别
命令模式	封装操作请求，可支持撤销
状态模式	对象行为随状态改变
原型模式	克隆对象而非保存状态

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八、实际框架应用案例

1. Java Swing的UndoManager

2. Spring框架的事务管理

@Transactional
public void transferMoney(Account from, Account to, double amount) {// 事务开始时创建备忘录（保存点）savepoint = TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().createSavepoint();try {from.withdraw(amount);to.deposit(amount);} catch (Exception e) {// 回滚到保存点TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().rollbackToSavepoint(savepoint);}
}

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九、高级应用技巧

1. 增量备忘录（节省内存）

class IncrementalMemento {private final String diff;  // 只存储变化部分public IncrementalMemento(String diff) {this.diff = diff;}public String apply(String base) {// 应用差异到基础状态return base + diff;}
}

2. 多级撤销/重做栈

class HistoryManager {private Stack<Memento> undoStack = new Stack<>();private Stack<Memento> redoStack = new Stack<>();public void save(Memento state) {undoStack.push(state);redoStack.clear();}public Memento undo() {if (!undoStack.isEmpty()) {Memento state = undoStack.pop();redoStack.push(state);return undoStack.isEmpty() ? null : undoStack.peek();}return null;}public Memento redo() {if (!redoStack.isEmpty()) {Memento state = redoStack.pop();undoStack.push(state);return state;}return null;}
}

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十、常见问题解答

Q1：如何保存复杂对象状态？

• 序列化：实现Serializable接口

class ComplexMemento implements Serializable {private Object complexState;
}

Q2：如何处理外部资源引用？

使用深拷贝避免外部资源影响：

class ResourceMemento {private Resource resourceCopy;public ResourceMemento(Resource original) {this.resourceCopy = original.deepCopy();}
}

Q3：如何限制备忘录访问权限？

使用内部类实现封装：

class Originator {private String state;// 内部备忘录类class Memento {private String state;private Memento(String state) {this.state = state;}private String getState() {return state;}}public Memento save() {return new Memento(state);}
}