一文徹底搞明白備忘錄模式
本篇講解Java設計模式中的備忘錄模式，分為定義、模式應用前案例、結構、模式應用后案例、適用場景、模式可能存在的困惑和本質探討7個部分。
定義
備忘錄模式是在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，并在該對象之外保存這個狀態，這樣以后就可以將該對象恢復到保存的狀態。
在新的分類方式中，備忘錄模式被劃分至類屬性相關需求類別中，其應對的是類的狀態屬性需要恢復的要求。
模式應用前案例
文本編輯器是一個備忘錄模式的典型應用場景。接下來，先來看一下未使用備忘錄模式之前的代碼實現。
public class TextEditor {//編輯器類-直接實現保存和恢復操作
private String content;
private String previousContent;
public void write(String text) {
if(this.content == null ) {
this.content = "";
}
this.content += text;
}
// 保存當前內容為上一個版本的狀態
public void save() {
this.previousContent = this.content;
}
// 恢復到上一個版本的狀態
public void undo(){
if(this.previousContent != null){
this.content = this.previousContent;
}
}
// 獲取內容
public String getContent(){
return this.content;
}
}
public class Client {//調用方代碼
public static void main(String[] ars){
TextEditor editor=new TextEditor();
editor.write("Hello, ");
System.out.println(editor.getContent());
editor.save();
editor.write("World!");
System.out.println(editor.getContent());
editor.undo();
System.out.println(editor.getContent());
}
}在上述代碼中，主要問題出現在TextEditor類中。為了實現恢復到上一步這個操作，在類中增加了previousContent屬性。
如果這個功能是后來才需要增加的，則違背了OCP開閉原則。此外，如果后續要增加恢復上兩步的操作，是否還要新增一個doublepreviousContent屬性。顯然，對于這種類狀態（或屬性）有變化且能夠恢復的場景，應該有更好的解決方案。
結構
備忘錄模式的示例實現代碼如下。
public class Originator {
private String state;
public Memento createMemento() {
return new Memento(state);
}
public void setMemento(Memento memento) {
this.state = ((Memento) memento).getState();
}
public String getState() {
return state;
}
public void setState(String state) {
this.state = state;
}
}
public class Memento{
private final String state;
public Memento(String state) {
this.state = state;
}
public String getState() {
return state;
}
}
public class Caretaker {
private Memento memento;
public void setMemento(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
public Memento getMemento() {
return memento;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 創建Originator對象
Originator originator = new Originator();
// 設置初始狀態
originator.setState("State 1");
System.out.println("Initial State: " + originator.getState());
// 創建Caretaker對象并保存備忘錄
Caretaker caretaker = new Caretaker();
caretaker.setMemento(originator.createMemento());
// 改變Originator的狀態
originator.setState("State 2");
System.out.println("State after change: " + originator.getState());
// 恢復到之前保存的狀態
originator.setMemento(caretaker.getMemento());
System.out.println("State after restore: " + originator.getState());
}
}從備忘錄模式的結構和示例代碼中，可以看到原有類Originator僅保留了與自身核心業務功能相關的屬性，并將其需要恢復狀態的屬性state放在一個Memento類中保存。
Originator增加了兩個比較簡潔的方法，一個是創建Memento，一個是從Memento中恢復，所以setMemento方法使用restoreFromMemento會更加準確。
同時，增加了一個Caretaker類，它用于保存、恢復Memento。是恢復到上一個狀態還是上兩個狀態都由Caretaker類專門負責。
不難發現，在備忘錄模式下，各個類職責分工明確，核心類Originator專注于核心業務功能，Memento和Caretaker兩個支撐類則用于實現狀態的保存和恢復。
模式應用后案例
上面文本編輯器的案例，在應用備忘錄模式之后的代碼實現如下。
TextEditor類刪掉了PreviousContent屬性，職責更加單一。
public class TextEditor {// 編輯器類（Originator）- 負責創建備忘錄和恢復到之前狀態
private String content;
public void write(String text) {
if(this.content == null) {
this.content = "";
}
this.content += text;
}
// 創建當前內容對應的備份
public EditorMemento createMemento(){
return new EditorMemento(this.content);
}
// 從傳入Mememtor對象中獲取內容并進行還原
public void restoreFromMemento(EditorMemento memento){
this.content = memento.getContent();
}
public String getContent() {
return this.content;
}
}增加EditorMemento和UndoManager兩個類，分別實現TextEditor中Content屬性的保存，以及EditorMemento的管理。
public class EditorMemento {// 備忘錄類（Memento）- 存儲文本編輯器的狀態
private final String content;
public EditorMemento(String content) {
this.content = content;
}
public String getContent() {
return this.content;
}
}
public class UndoManager {// 管理者類(Caretaker)-負責管理保存和恢復操作
Stack<EditorMemento> emStack =new Stack<>();
public void save(EditorMemento memento){
this.emStack.push(memento);
}
public EditorMemento undo(){
if(!this.emStack.empty()){
return this.emStack.pop();
}
return null;
}
}最后，調用方代碼如下。
public class Client {//調用方代碼
public static void main(String[] ars){
TextEditor editor = new TextEditor();
UndoManager undoManager=new UndoManager();
editor.write("Hello, ");
undoManager.save(editor.createMemento());
editor.write("World!");
//undoManager.save(editor.createMemento());
System.out.println(editor.getContent());
editor.restoreFromMemento(undoManager.undo());
System.out.println(editor.getContent());
}
}適用場景
備忘錄模式適用的場景非常明確，就是原有類在生命周期變化過程中，其屬性的狀態還可能需要恢復的場景。
模式可能存在的困惑
困惑1：為什么要有Caretaker類，為什么不能在Memento或Originator中實現保存和恢復功能，這樣程序更加簡潔？
如果在Originator中實現，又違背了SRP單一職責和OCP開閉原則；如果在Memento實現，這個類功能會變多，每次在Originator中創建Memento對象會占用更多內存，從這個角度就不合適。
困惑2：Memento類只是一個數據的封裝類，為什么Originator的狀態屬性不能直接放在Caretaker中通過一個數據屬性來實現？
實際上，許多人在考慮狀態恢復的策略時，通常會優先想到這個方案。為了更好地進行說明，這里將代碼實現羅列出來。
public class TextEditor {// 編輯器類（Originator）- 負責創建備忘錄和恢復到之前狀態
private String content;
public void write(String text) {
if(this.content == null) {
this.content = "";
}
this.content += text;
}
// 創建當前內容對應的備份
public void saveContent(){
UndoManager.save(this.content);
}
// 獲取內容并進行還原
public void restoreFromContent(){
this.content = UndoManager.undo();
}
public String getContent() {
return this.content;
}
}
public class UndoManager {// 管理者類(Caretaker)-負責管理保存和恢復操作
private static final Stack<String> emStack =new Stack<>();
public static void save(String content){
emStack.push(content);
}
public static String undo(){
if(!emStack.empty()){
return emStack.pop();
}
return null;
}
}
public class Client {//調用方代碼
public static void main(String[] ars){
TextEditor editor = new TextEditor();
editor.write("Hello, ");
editor.saveContent();
editor.write("World!");
System.out.println(editor.getContent());
editor.restoreFromContent();
System.out.println(editor.getContent());
}
}這種方式下，似乎實現起來更加簡潔清晰。然而，缺點也比較明顯。TextEditor與UndoManager緊耦合的情況下，如果TextEditor要求也能夠實現恢復到前兩個狀態，此時UndoManager增加了一個undo2的方法，那么TextEditor也需要一并修改。
但是在備忘錄模式下，TextEditor相當于至于純數據類Memento進行交互，面對上面的需求并不需要修改，只需要將上兩個的Memento傳參即可。
困惑3：在關于備忘錄模式的一些材料中，會看到寬接口和窄接口，具體是什么含義？
寬接口指的是Memento備忘錄對象提供給Originator訪問其內部狀態的全部信息，包括私有數據。因為Memento里的數據其實就是Originator中要保存、恢復狀態的數據，因此Originator需要能訪問到具體的數據信息才可以。
窄接口指的是Memento備忘錄對象對Caretaker對象指提供必要的信息進行訪問和恢復操作。因為Caretaker對象需要是是Memento對象自身，并不需要訪問Memento中的數據，因此稱之為窄接口。
困惑4：備忘錄模式實現之后，對于調用方的交互似乎變得更加復雜？
一件事情往往有得必有失，很難做到兩全其美。為了使得Originator不違背SRP單一職責和OCP開閉原則，Client只能增加交互。
如果在Client和備忘錄模式的類之間增加一個中間代理類，這樣可以減少與調用方之間的交互，但是代價是又新增一個支撐類。
本質
面向對象程序中，一個類在生命周期過程中，其屬性構成的狀態是會不斷變化的。這種變化會帶來很多不確定性，尤其在多線程場景下，可能也會引發一些意想不到的問題。因此，Java語言中經常提倡要利用不變性、局部變量等應對這種不確定性。
然而，在某些現實場景下，類隨著時間不斷變化是有必要的，并且要求還能沿著時間向后回退。此時，備忘錄提供了一種管理對象狀態的機制，并且讓原有對象維持良好的封裝性。
