设计模式之备忘录模式
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本文最后更新于 2017-01-15，文中内容可能已过时。
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，当前很多软件都提供了撤销(Undo)操作，其中就使用了备忘录模式。
备忘录模式定义
备忘录模式(Memento Pattern)：在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样可以在以后将对象恢复到原先保存的状态。它是一种对象行为型模式。
classDiagram
class Memento{
-String state
+getStatus() String
+setStatus(String status) void
}
class Caretaker{
-Memento memento
}
Memento --* Caretaker
class Originator{
-String state
+getStatus() String
+setStatus(String status) void
+createMemento() Memento
+restoreMemento(Memento memento) void
}
Originator ..> Memento
在备忘录模式结构图中包含如下几个角色：
- Originator（原发器）：它是一个普通类，可以创建一个备忘录，并存储它的当前内部状态，也可以使用备忘录来恢复其内部状态，一般将需要保存内部状态的类设计为原发器。
- Memento（备忘录)：存储原发器的内部状态，根据原发器来决定保存哪些内部状态。备忘录的设计一般可以参考原发器的设计，根据实际需要确定备忘录类中的属性。需要注意的是，除了原发器本身与负责人类之外，备忘录对象不能直接供其他类使用，原发器的设计在不同的编程语言中实现机制会有所不同。
- Caretaker（负责人）：负责人又称为管理者，它负责保存备忘录，但是不能对备忘录的内容进行操作或检查。在负责人类中可以存储一个或多个备忘录对象，它只负责存储对象，而不能修改对象，也无须知道对象的实现细节。
代码示例
public class Originator{
private String state;
public String getState(){
return this.state;
}
public void setState(String state){
this.state = state;
}
public Memento createMemento(){
return new Memento(this);
}
public void restoreMemento(Memento m) {
this.setState(m.getSate());
}
}
class Memento { // 此处不能为 public
// 备忘录状态
private String state;
public Memento(Originator o) {
state = o.getState();
}
public void setState(String state) {
this.state=state;
}
public String getState() {
return this.state;
}
}
// 在Caretaker类中不应该直接调用Memento中的状态改变方法，它的作用仅仅用于存储备忘录对象。
public class Caretaker {
private Memento memento;
public Memento getMemento() {
return memento;
}
public void setMemento(Memento memento) {
this.memento=memento;
}
} 封装备份类
在设计备忘录类时需要考虑其封装性，除了Originator类，不允许其他类来调用备忘录类Memento的构造函数与相关方法，如果不考虑封装性，允许其他类调用setState()等方法，将导致在备忘录中保存的历史状态发生改变，通过撤销操作所恢复的状态就不再是真实的历史状态，备忘录模式也就失去了本身的意义。
在使用Java语言实现备忘录模式时，一般通过将Memento类与Originator类定义在同一个包(package)中来实现封装，在Java语言中可使用默认访问标识符来定义Memento类，即保证其包内可见。只有Originator类可以对Memento进行访问，而限制了其他类对Memento的访问。在 Memento中保存了Originator的state值，如果Originator中的state值改变之后需撤销，可以通过调用它的restoreMemento()方法进行恢复。
clone 方式的备忘录模式
原发器(Originator)融合备忘录和负责人角色，将备忘录变成private属性，并且不提供对其修改的方法，这样保证了备忘录的封装性。
public class Originator implements Cloneable{
private Originator backup;
private String state;
public String getState(){
return this.state;
}
public void setState(String state){
this.state = state;
}
public Memento createMemento(){
return this.backup = this;
}
public void restoreMemento() {
this.setState(this.backup.getSate());
}
@override
protected Originator clone() throws CloneNotSupportedException{
return ()super.clone();
}
}更好的封装
上述的基于clone 模式的备忘录模式，合并了Originator，Memento，Caretaker三个角色，适用于简单地场景。
classDiagram
class IMemento
<<interface>> IMemento
class Memento{
-String state
+getStatus() String
+setStatus(String status) void
}
IMemento <|.. Memento
class Originator{
-String state
+getStatus() String
+setStatus(String status) void
+createMemento() IMemento
+restoreMemento(IMemento memento) void
}
Originator ..> IMemento
class Caretaker{
-Memento memento
}
IMemento --* Caretaker
使用了双重接口设计，对原发器采用宽接口，对负责人采用窄接口。
public class Originator {
private String state;
public String getState(){
return this.state;
}
public void setState(String state){
this.state = state;
}
public IMemento createMemento(){
return new Memento(this);
}
public void restoreMemento(IMemento m) {
this.setState(m.getSate());
}
private class Memento implements IMemento{
private String state;
public Memento(Originator o) {
state = o.getState();
}
public void setState(String state) {
this.state=state;
}
public String getState() {
return this.state;
}
}
}
public interface IMemento{
// 无法通过IMemento接口修改备份数据
}
public class Caretaker {
private IMemento memento;
public IMemento getMemento() {
return memento;
}
public void setMemento(IMemento memento) {
this.memento=memento;
}
} 备忘录模式的扩展
多状态的备忘录实现
多个属性状态备份，可以通过将属性以属性名为key存储在Map中来实现。下面是实现多属性备份和恢复的方法:
public class MementoUtils {
public static HashMap<String,Object> backup(Object bean){
HashMap<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();
try {
BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(bean.getClass());
PropertyDescriptor[] descriptors = beanInfo.getPropertyDescriptors();
for(PropertyDescriptor des : descriptors){
//读取属性的名称
String fileName = des.getName();
//读取属性的方法
Method getter = des.getReadMethod();
Object fieldValue = getter.invoke(bean, new Object[]{});
if(!fileName.equalsIgnoreCase("class"))
map.put(fileName, fieldValue);
}
} catch (IntrospectionException | IllegalAccessException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return map;
}
public static void restoreMap(Object bean, HashMap<String,Object> map){
try {
BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(bean.getClass());
//获取属性描述
PropertyDescriptor[] descriptor = beanInfo.getPropertyDescriptors();
for(PropertyDescriptor des : descriptor){
//属性名称
String fileName = des.getName();
if(map.containsKey(fileName)){
Method setter = des.getWriteMethod();
setter.invoke(bean, new Object[]{map.get(fileName)});
}
}
} catch (IntrospectionException | IllegalAccessException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}多备份的备忘录实现
关于多次备份，可以针对每次备份保存下备份对应的检查点，通常是指时间点。只需要对负责人类稍作修改。
public class Caretaker {
private HashMap<String,Memento> mementoMap = new HashMap<String,Memento>();
public void setMemento(String id,Memento4 memento){
this.mementoMap.put(id, memento);
}
public Memento getMemento(String id){
return this.mementoMap.get(id);
}
}因为Map中的备份实例一直不会被销毁，为了避免内存溢出问题，最好设置备份数量的上限。
备忘录模式总结
主要优点
备忘录模式的主要优点如下：
- 它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。
- 备忘录实现了对信息的封装，一个备忘录对象是一种原发器对象状态的表示，不会被其他代码所改动。备忘录保存了原发器的状态，采用列表、堆栈等集合来存储备忘录对象可以实现多次撤销操作。
主要缺点
备忘录模式的主要缺点如下：
- 资源消耗过大，如果需要保存的原发器类的成员变量太多，就不可避免需要占用大量的存储空间，每保存一次对象的状态都需要消耗一定的系统资源。
适用场景
在以下情况下可以考虑使用备忘录模式：
- 保存一个对象在某一个时刻的全部状态或部分状态，这样以后需要时它能够恢复到先前的状态，实现撤销操作。
- 防止外界对象破坏一个对象历史状态的封装性，避免将对象历史状态的实现细节暴露给外界对象。
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