设计模式学习(21) 23-19 备忘录模式

0. 个人感悟

• 备忘录模式的场景也比较专。适合进行备份、恢复
• 模式优点很明显，状态保存于业务逻辑分离，实现解耦
• 一个注意的点是窄接口设计，Memento(备忘录)内部保存了Originator（原发器）的状态，但这个状态不应该被除了Originator之外的其他对象（特别是Caretaker）直接访问或修改，以保护状态的封装性。具体可以看看示例代码

1. 概念

英文定义(《设计模式：可复用面向对象软件的基础》)

Without violating encapsulation, capture and externalize an object,t internal state so that the object can be restored this state later.

中文翻译

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，以便以后可以将对象恢复到原先保存的状态。

理解

• 备忘录模式提供了一种状态恢复机制，允许对象回到某个历史状态
• 它通过独立的对象（备忘录）来存储状态，而不是由原对象自己保存
• 实现了状态保存与业务逻辑的分离，原对象专注于业务，管理者专注于状态管理

2. 适配场景

2.1 适合的场景

1. 需要撤销/重做功能：如文本编辑器、绘图软件的操作历史
2. 需要保存快照/检查点：如游戏存档、系统配置备份
3. 状态转换复杂：如工作流引擎的状态管理
4. 需要事务回滚：如数据库操作的事务管理
5. 原型状态保存：如复杂对象构造过程中的中间状态保存
6. 需要版本控制：如文档编辑的历史版本管理

2.2 常见场景举例

1. IDE开发环境：Eclipse/IntelliJ IDEA的代码编辑撤销功能
2. 绘图软件：Photoshop的历史记录面板
3. 游戏开发：游戏进度存档/读档系统
4. 表单应用：多步表单的回退功能
5. 配置管理：系统配置的备份与恢复
6. 数据库系统：事务的rollback机制

3. 实现方法

3.1 实现思路

1. 识别状态数据：确定需要保存的内部状态字段
2. 创建Memento类：设计存储状态的数据结构
3. 在Originator中添加状态管理：
   • 创建保存状态的方法（saveToMemento()）
   • 创建恢复状态的方法（restoreFromMemento()）
4. 设计Caretaker类：
   • 决定存储策略（栈、列表、树等）
   • 实现状态管理逻辑（撤销、重做、清空等）
5. 控制访问权限：
   • 对Originator开放宽接口（可读写状态）
   • 对Caretaker开放窄接口（只读元数据）

3.2 UML类图

角色说明：

• Originator（原发器）：需要保存状态的对象，负责创建和恢复备忘录
• Memento（备忘录）：存储Originator内部状态，通常设计为不可变对象
• Caretaker（管理者）：负责保存和管理备忘录，但不能操作备忘录内容

3.3 代码示例

背景
以文件编辑器为例，简化业务，只有保存和撤销功能
设计

原发器

publicclassTextEditor{privateStringcontent;publicStringgetContent(){returncontent;}publicvoidsetContent(Stringcontent){this.content=content;}publicTextEditor(Stringcontent){this.content=content;}/** * @description 创建备忘 * @author bigHao * @date 2026/1/27 * @return designpattern.memento.pac.TextMemento 备忘录 **/publicTextMementocreateMemento(){returnnewTextMemento(content);}/** * @description 恢复备忘 * @author bigHao * @date 2026/1/27 * @param memento 备忘录 **/publicvoidrestoreMemento(TextMementomemento){this.content=memento.getContent();}}

备忘录

• 注意权限控制。备忘录只有原发器可以创建和访问内容。实际操作中将二者放到一个包下，相关方法使用包权限

publicclassTextMemento{privateStringcontent;// 包访问权限，仅对Originator开放状态访问TextMemento(Stringcontent){this.content=content;}StringgetContent(){returncontent;}}

管理者

publicclassCaretaker{privatestaticfinalintMAX_SIZE=100;// 业务场景刚好使用stack 先进后出privateStack<TextMemento>history=newStack<>();publicvoidpush(TextMementomemento){// 限制下长度limitHistory();this.history.push(memento);}publicTextMementopop(){returnthis.history.pop();}privatevoidlimitHistory(){if(history.size()>MAX_SIZE){history.removeFirst();}}}

测试

publicclassClient{staticvoidmain(){// 创建Stringcontent="备忘录模式笔记";TextEditortextEditor=newTextEditor(content);printInfo(textEditor);Caretakercaretaker=newCaretaker();// 安全考虑，TextMemento是包访问权限，和TextEditor同包，其它地方无法直接创建// new TextMemento(""); 会报错// 保存1caretaker.push(textEditor.createMemento());content+="包括三个角色，分别是原发器";textEditor.setContent(content);caretaker.push(textEditor.createMemento());printInfo(textEditor);// 保存2content+="、备忘录";textEditor.setContent(content);caretaker.push(textEditor.createMemento());printInfo(textEditor);// 保存3content+="和管理者";textEditor.setContent(content);caretaker.push(textEditor.createMemento());printInfo(textEditor);// 编辑content+=" 功能分别是";textEditor.setContent(content);printInfo(textEditor);// 撤销1System.out.println("===撤销===");textEditor.restoreMemento(caretaker.pop());printInfo(textEditor);// 撤销2System.out.println("===撤销===");textEditor.restoreMemento(caretaker.pop());printInfo(textEditor);}privatestaticvoidprintInfo(TextEditortextEditor){System.out.println("当前内容: "+textEditor.getContent());}}

输出

当前内容: 备忘录模式笔记 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器、备忘录 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器、备忘录和管理者 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器、备忘录和管理者 功能分别是 ===撤销=== 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器、备忘录和管理者 ===撤销=== 当前内容: 备忘录模式笔记包括三个角色，分别是原发器、备忘录

4. 优缺点

4.1 优点

高内聚低耦合

• 职责分离：状态保存与业务逻辑解耦，Originator只关注核心功能
• 封装性：通过窄接口模式保护状态不被Caretaker误操作

复用性

• 状态管理可复用：Caretaker可被多个Originator复用
• 存储策略灵活：支持栈、列表、数据库等多种存储方式

可读性

• 意图明确：代码明确表达了"保存状态"和"恢复状态"的意图
• 结构清晰：三个角色分工明确，易于理解

维护性

• 易于扩展：可轻松添加新的存储策略或状态类型
• 修改隔离：状态存储逻辑变化不影响Originator

稳定性

• 状态一致：确保状态恢复的正确性
• 异常安全：状态操作失败时可恢复到之前状态

4.2 缺点

资源消耗

• 内存占用：大量状态保存可能导致内存消耗过大
• 性能开销：频繁的状态保存/恢复可能影响性能

设计复杂度

• 额外类：增加了Memento和Caretaker类
• 窄接口实现复杂：需要小心设计访问权限

状态同步

• 深拷贝问题：复杂对象的深拷贝可能实现复杂
• 版本兼容：状态数据结构变化时，旧备忘录可能无法恢复

5. 源码分析

5.1 Java Swing中的UndoManager

代码位置：javax.swing.undo.UndoManager

角色分析：

// Originator：各种Document类（如PlainDocument）publicclassPlainDocumentextendsAbstractDocument{// 创建UndoableEdit（备忘录）protectedUndoableEditcreateUndoableEdit(ElementChangeec){returnnewDocumentUndoableEdit(ec);}}// Memento：UndoableEdit接口及其实现publicinterfaceUndoableEdit{voidundo()throwsCannotUndoException;voidredo()throwsCannotRedoException;booleancanUndo();booleancanRedo();}// Caretaker：UndoManager类publicclassUndoManagerextendsCompoundEditimplementsUndoableEditListener{privateVector<UndoableEdit>edits;// 存储备忘录privateintindexOfNextAdd;// 下一个添加位置publicvoidundo()throwsCannotUndoException{// 执行撤销操作UndoableEditedit=edits.elementAt(--indexOfNextAdd);edit.undo();}publicvoidredo()throwsCannotRedoException{// 执行重做操作UndoableEditedit=edits.elementAt(indexOfNextAdd);edit.redo();indexOfNextAdd++;}}

参考:

• 韩顺平 Java设计模式
• 归思君 设计模式学习笔记（十八）备忘录模式及其实现
• kosamino 设计模式之备忘录模式（Memento）详解及代码示例