【设计模式】备忘录模式教你如何优雅地处理状态快照

概述

备忘录模式提供了一种状态恢复的实现机制，使得用户可以方便地回到一个特定的历史步骤，当新的状态无效或者存在问题时，可以使用暂时存储起来的备忘录将状态复原，很多软件都提供了撤销（Undo）操作，如 Word、记事本、Photoshop、IDEA等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键时能撤销当前操作，使文档恢复到之前的状态；还有在浏览器中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。

定义：

又叫快照模式，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，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。

结构

备忘录模式的主要角色如下：

• 发起人（Originator）角色：记录当前时刻的内部状态信息，提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能，实现其他业务功能，它可以访问备忘录里的所有信息。

• 备忘录（Memento）角色：负责存储发起人的内部状态，在需要的时候提供这些内部状态给发起人。

• 管理者（Caretaker）角色：对备忘录进行管理，提供保存与获取备忘录的功能，但其不能对备忘录的内容进行访问与修改。

备忘录有两个等效的接口：

窄接口：管理者(Caretaker)对象（和其他发起人对象之外的任何对象）看到的是备忘录的窄接口(narror Interface)，这个窄接口只允许他把备忘录对象传给其他的对象。但是不允许访问和修改备忘录

宽接口：与管理者看到的窄接口相反，发起人对象可以看到一个宽接口(wide Interface)，这个宽接口允许它读取所有的数据，以便根据这些数据恢复这个发起人对象的内部状态。

案例实现

【例】游戏挑战BOSS

游戏中的某个场景，一游戏角色有生命力、攻击力、防御力等数据，在打Boss前和后一定会不一样的，我们允许玩家如果感觉与Boss决斗的效果不理想可以让游戏恢复到决斗之前的状态。

要实现上述案例，有两种方式：

• “白箱”备忘录模式

• “黑箱”备忘录模式

“白箱”备忘录模式

备忘录角色对任何对象都提供一个接口，即宽接口，备忘录角色的内部所存储的状态就对所有对象公开。类图如下：

代码如下：

//游戏角色类
public class GameRole {private int vit; //生命力private int atk; //攻击力private int def; //防御力//初始化状态public void initState() {this.vit = 100;this.atk = 100;this.def = 100;}//战斗public void fight() {this.vit = 0;this.atk = 0;this.def = 0;}//保存角色状态public RoleStateMemento saveState() {return new RoleStateMemento(vit, atk, def);}//回复角色状态public void recoverState(RoleStateMemento roleStateMemento) {this.vit = roleStateMemento.getVit();this.atk = roleStateMemento.getAtk();this.def = roleStateMemento.getDef();}public void stateDisplay() {System.out.println("角色生命力：" + vit);System.out.println("角色攻击力：" + atk);System.out.println("角色防御力：" + def);}public int getVit() {return vit;}public void setVit(int vit) {this.vit = vit;}public int getAtk() {return atk;}public void setAtk(int atk) {this.atk = atk;}public int getDef() {return def;}public void setDef(int def) {this.def = def;}
}//游戏状态存储类(备忘录类)
public class RoleStateMemento {private int vit;private int atk;private int def;public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {this.vit = vit;this.atk = atk;this.def = def;}public int getVit() {return vit;}public void setVit(int vit) {this.vit = vit;}public int getAtk() {return atk;}public void setAtk(int atk) {this.atk = atk;}public int getDef() {return def;}public void setDef(int def) {this.def = def;}
}//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {private RoleStateMemento roleStateMemento;public RoleStateMemento getRoleStateMemento() {return roleStateMemento;}public void setRoleStateMemento(RoleStateMemento roleStateMemento) {this.roleStateMemento = roleStateMemento;}
}//测试类
public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("------------大战Boss前------------");//大战Boss前GameRole gameRole = new GameRole();gameRole.initState();gameRole.stateDisplay();//保存进度RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();roleStateCaretaker.setRoleStateMemento(gameRole.saveState());System.out.println("------------大战Boss后------------");//大战Boss时，损耗严重gameRole.fight();gameRole.stateDisplay();System.out.println("------------恢复之前状态------------");//恢复之前状态gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getRoleStateMemento());gameRole.stateDisplay();}
}

分析：白箱备忘录模式是破坏封装性的。但是通过程序员自律，同样可以在一定程度上实现模式的大部分用意。

“黑箱”备忘录模式

备忘录角色对发起人对象提供一个宽接口，而为其他对象提供一个窄接口。在Java语言中，实现双重接口的办法就是将备忘录类设计成发起人类的内部成员类。

将 RoleStateMemento 设为 GameRole 的内部类，从而将 RoleStateMemento 对象封装在 GameRole 里面；在外面提供一个标识接口 Memento 给 RoleStateCaretaker 及其他对象使用。这样 GameRole 类看到的是 RoleStateMemento 所有的接口，而RoleStateCaretaker 及其他对象看到的仅仅是标识接口 Memento 所暴露出来的接口，从而维护了封装型。类图如下：

代码如下：

窄接口Memento，这是一个标识接口，因此没有定义出任何的方法

public interface Memento {
}

定义发起人类 GameRole，并在内部定义备忘录内部类 RoleStateMemento（该内部类设置为私有的）

//游戏角色类
public class GameRole {private int vit; //生命力private int atk; //攻击力private int def; //防御力//初始化状态public void initState() {this.vit = 100;this.atk = 100;this.def = 100;}//战斗public void fight() {this.vit = 0;this.atk = 0;this.def = 0;}//保存角色状态public Memento saveState() {return new RoleStateMemento(vit, atk, def);}//回复角色状态public void recoverState(Memento memento) {RoleStateMemento roleStateMemento = (RoleStateMemento) memento;this.vit = roleStateMemento.getVit();this.atk = roleStateMemento.getAtk();this.def = roleStateMemento.getDef();}public void stateDisplay() {System.out.println("角色生命力：" + vit);System.out.println("角色攻击力：" + atk);System.out.println("角色防御力：" + def);}public int getVit() {return vit;}public void setVit(int vit) {this.vit = vit;}public int getAtk() {return atk;}public void setAtk(int atk) {this.atk = atk;}public int getDef() {return def;}public void setDef(int def) {this.def = def;}private class RoleStateMemento implements Memento {private int vit;private int atk;private int def;public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {this.vit = vit;this.atk = atk;this.def = def;}public int getVit() {return vit;}public void setVit(int vit) {this.vit = vit;}public int getAtk() {return atk;}public void setAtk(int atk) {this.atk = atk;}public int getDef() {return def;}public void setDef(int def) {this.def = def;}}
}

负责人角色类 RoleStateCaretaker 能够得到的备忘录对象是以 Memento 为接口的，由于这个接口仅仅是一个标识接口，因此负责人角色不可能改变这个备忘录对象的内容

//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {private Memento memento;public Memento getMemento() {return memento;}public void setMemento(Memento memento) {this.memento = memento;}
}

客户端测试类

public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("------------大战Boss前------------");//大战Boss前GameRole gameRole = new GameRole();gameRole.initState();gameRole.stateDisplay();//保存进度RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();roleStateCaretaker.setMemento(gameRole.saveState());System.out.println("------------大战Boss后------------");//大战Boss时，损耗严重gameRole.fight();gameRole.stateDisplay();System.out.println("------------恢复之前状态------------");//恢复之前状态gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getMemento());gameRole.stateDisplay();}
}

优缺点

优点：

• 提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。

• 实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外，其他对象都不能够访问这些状态信息。

• 简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份，所有状态信息都保存在备忘录中，并由管理者进行管理，这符合单一职责原则。

缺点：

• 资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁，将会占用比较大的内存资源。

使用场景

• 需要保存与恢复数据的场景，如玩游戏时的中间结果的存档功能。

• 需要提供一个可回滚操作的场景，如 Word、记事本、Photoshop，idea等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键，还有数据库中事务操作。

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