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备忘录模式基础概念

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是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，以便后续可以将该对象恢复到先前保存的状态。备忘录模式通过将状态保存和恢复的责任分离，实现了对象状态管理的封装和解耦。

备忘录模式的核心组件

1. 原发器（Originator） - 需要保存状态的对象，负责创建和恢复备忘录。
2. 备忘录（Memento） - 存储原发器的内部状态，通常通过原发器创建并由管理者持有。
3. 管理者（Caretaker） - 负责保存备忘录，但不能对备忘录的内容进行操作或检查。

备忘录模式的实现

下面通过一个文本编辑器的例子展示备忘录模式的实现：

// 1. 备忘录类 - 存储原发器的状态
class Memento {private final String content;  // 需要保存的状态public Memento(String content) {this.content = content;}public String getContent() {return content;}
}// 2. 原发器 - 文本编辑器
class TextEditor {private String content;  // 内部状态public void setContent(String content) {this.content = content;}public String getContent() {return content;}// 创建备忘录，保存当前状态public Memento createMemento() {return new Memento(content);}// 从备忘录恢复状态public void restoreMemento(Memento memento) {this.content = memento.getContent();}
}// 3. 管理者 - 负责保存备忘录
class History {private final Stack<Memento> mementos = new Stack<>();  // 使用栈保存历史状态public void push(Memento memento) {mementos.push(memento);}public Memento pop() {if (mementos.isEmpty()) {return null;}return mementos.pop();}
}// 4. 客户端代码
public class MementoPatternClient {public static void main(String[] args) {TextEditor editor = new TextEditor();History history = new History();// 编辑文本并保存状态editor.setContent("Hello");history.push(editor.createMemento());editor.setContent("Hello World");history.push(editor.createMemento());editor.setContent("Hello World!");System.out.println("当前内容: " + editor.getContent());  // 输出: Hello World!// 撤销操作editor.restoreMemento(history.pop());System.out.println("撤销一次后的内容: " + editor.getContent());  // 输出: Hello Worldeditor.restoreMemento(history.pop());System.out.println("再撤销一次后的内容: " + editor.getContent());  // 输出: Hello}
}

备忘录模式的变体

1. 白箱备忘录 - 备忘录的状态对所有类可见，违反封装原则，但实现简单：

   class Memento {private String content;public Memento(String content) {this.content = content;}// 所有类可访问的公共方法public String getContent() {return content;}public void setContent(String content) {this.content = content;}
   }
   

2. 黑箱备忘录 - 使用内部类和接口实现封装，原发器以外的类无法访问备忘录内容：

   interface MementoInterface {// 空接口，仅用于标识
   }class TextEditor {private String content;// 私有内部类实现备忘录private class EditorMemento implements MementoInterface {private final String savedContent;public EditorMemento(String content) {this.savedContent = content;}private String getSavedContent() {return savedContent;}}public MementoInterface createMemento() {return new EditorMemento(content);}public void restoreMemento(MementoInterface memento) {EditorMemento editorMemento = (EditorMemento) memento;this.content = editorMemento.getSavedContent();}
   }
   

3. 增量备忘录 - 只保存状态变化的部分，节省内存：

   class IncrementalMemento {private final String addedText;private final int position;public IncrementalMemento(String addedText, int position) {this.addedText = addedText;this.position = position;}// 恢复方法由原发器实现
   }
   

备忘录模式的应用场景

1. 撤销 / 重做功能 - 如文本编辑器、图形设计工具的历史记录
2. 事务管理 - 数据库操作的回滚机制
3. 游戏存档 - 保存游戏进度，支持读取存档
4. 状态恢复 - 系统崩溃后的恢复点机制
5. 多级筛选 - 如电商平台的筛选条件保存与恢复
6. 浏览器历史 - 网页浏览历史的前进 / 后退功能

备忘录模式的优缺点

优点：

• 保持封装性 - 不破坏对象的封装前提下保存和恢复其内部状态
• 简化原发器 - 原发器不需要管理自己的历史状态，职责更清晰
• 支持撤销操作 - 可以方便地实现多级撤销和重做功能
• 状态恢复透明 - 客户端无需关心状态的保存细节
• 符合开闭原则 - 可以在不修改原发器的情况下新增备忘录类

缺点：

• 资源消耗 - 如果频繁创建备忘录，会占用大量内存
• 性能问题 - 对于大型对象，保存和恢复状态可能影响性能
• 管理复杂度 - 管理者需要正确管理备忘录的生命周期
• 序列化开销 - 如果需要跨进程或持久化保存，可能增加序列化复杂度

使用备忘录模式的注意事项

1. 控制备忘录大小 - 避免保存过大的对象状态，考虑使用增量备忘录
2. 限制管理者权限 - 管理者只能保存和传递备忘录，不能修改其内容
3. 考虑内存管理 - 对于长期保存的备忘录，需要考虑内存回收策略
4. 处理复杂对象 - 对于包含引用的对象，需要处理深拷贝和浅拷贝问题
5. 结合其他模式 - 备忘录模式常与命令模式结合实现撤销系统，与迭代器模式结合遍历历史状态
6. 持久化支持 - 如果需要持久化备忘录，需考虑序列化和版本兼容性

总结

备忘录模式通过将对象状态的保存和恢复封装在独立的备忘录类中，实现了对象状态管理的解耦和封装。它在不破坏对象封装性的前提下，允许对象在需要时恢复到之前的状态，是实现撤销 / 重做功能、事务回滚、游戏存档等场景的理想选择。在实际开发中，合理使用备忘录模式可以提高系统的可维护性和用户体验，但需要注意控制内存消耗和管理复杂度。