java23种设计模式-备忘录模式

备忘录模式（Memento Pattern）学习笔记

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1. 模式定义

行为型设计模式，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，以便后续恢复对象到原先保存的状态。

2. 适用场景

✅ 需要实现撤销/重做功能
✅ 需要保存对象历史快照
✅ 需要提供系统状态回滚机制
✅ 需要隔离对象状态存储细节
✅ 需要实现事务回滚操作

3. 模式结构

4. 核心角色

角色	说明
Originator	原发器：需要保存状态的对象
Memento	备忘录：存储原发器内部状态的对象（通常不可修改）
Caretaker	管理者：负责保存/恢复备忘录，但不能操作备忘录内容

5. 代码示例

5.1 文本编辑器撤销功能

// 备忘录类  
final class TextMemento {  private final String content;  public TextMemento(String content) {  this.content = content;  }  public String getContent() {  return content;  }  
}  // 原发器类  
class TextEditor {  private StringBuilder content = new StringBuilder();  public void append(String text) {  content.append(text);  }  public TextMemento save() {  return new TextMemento(content.toString());  }  public void restore(TextMemento memento) {  content = new StringBuilder(memento.getContent());  }  public void print() {  System.out.println("当前内容: " + content);  }  
}  // 管理者类  
class HistoryManager {  private final Stack<TextMemento> history = new Stack<>();  public void push(TextMemento memento) {  history.push(memento);  }  public TextMemento pop() {  return history.pop();  }  
}  // 客户端  
public class Client {  public static void main(String[] args) {  TextEditor editor = new TextEditor();  HistoryManager history = new HistoryManager();  editor.append("Hello");  history.push(editor.save());  editor.print();  editor.append(" World");  history.push(editor.save());  editor.print();  System.out.println("执行撤销操作:");  editor.restore(history.pop());  editor.print();  }  
}  
/* 输出：  
当前内容: Hello  
当前内容: Hello World  
执行撤销操作:  
当前内容: Hello */

6. 模式变种

6.1 白箱 vs 黑箱实现

类型	实现方式	特点
白箱	Memento公开状态访问方法	违反封装原则，但实现简单
黑箱	Memento使用内部类隐藏实现	保持封装性，Java常用实现方式

// 黑箱实现示例  
class Originator {  private String state;  public IMemento save() {  return new Memento(state);  }  public void restore(IMemento m) {  this.state = ((Memento)m).getState();  }  // 内部类实现备忘录  private static class Memento implements IMemento {  private final String state;  private Memento(String state) {  this.state = state;  }  private String getState() {  return state;  }  }  
}  interface IMemento {} // 标记接口

7. 优缺点分析

✔️ 优点：

保持对象封装边界
简化原发器职责
支持状态历史管理
实现撤销/恢复机制

❌ 缺点：

消耗内存资源（需保存多个状态副本）
频繁保存影响性能
需要合理设计备忘录存储策略
增加系统复杂度

8. 相关模式对比

模式	目的	关键区别
原型模式	对象克隆	关注对象复制，备忘录关注状态保存
命令模式	操作封装	命令模式可存储操作，备忘录存储状态
状态模式	状态管理	状态模式改变行为，备忘录保存状态

9. 实际应用案例

文本/图形编辑器的撤销栈
数据库事务回滚机制
游戏存档/读档功能
浏览器页面历史记录
IDE的本地历史功能
金融系统的交易快照
Java序列化机制（Serializable）

10. 最佳实践建议

控制备忘录数量：

// 使用最大历史记录限制  
class BoundedHistory {  private final Deque<Memento> stack = new ArrayDeque<>();  private final int maxSize;  public BoundedHistory(int maxSize) {  this.maxSize = maxSize;  }  public void push(Memento m) {  if (stack.size() >= maxSize) {  stack.removeFirst();  }  stack.addLast(m);  }  
}

增量存储优化：

// 仅存储变化量  
class DeltaMemento {  private final String delta;  private final long timestamp;  // ...  
}

使用序列化实现深存储：

// 通过序列化保存对象状态  
class SerializedMemento {  public static byte[] serialize(Object obj) throws IOException {  try (ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)) {  oos.writeObject(obj);  return bos.toByteArray();  }  }  public static Object deserialize(byte[] data) throws Exception {  try (ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(data);  ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis)) {  return ois.readObject();  }  }  
}

结合原型模式：

class Originator implements Cloneable {  public Memento save() {  return new Memento(this.clone());  }  protected Originator clone() {  try {  return (Originator) super.clone();  } catch (CloneNotSupportedException e) {  throw new AssertionError();  }  }  
}