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备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，用于保存对象的内部状态，以便在将来某个时间可以恢复到该状态，而不暴露对象的内部实现细节。备忘录模式特别适合在需要支持撤销（Undo）操作的应用中。

定义

在不破坏封装的前提下，捕获对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态，以便日后能将对象恢复到原先保存的状态。

UML图

备忘录模式涉及的角色：

• Originator（发起者）：负责创建备忘录对象，用来记录自己的内部状态，并可以根据备忘录恢复状态。
• Memento（备忘录）：存储发起者的内部状态，防止对象的内部状态泄露。通常只允许发起者访问其内部状态。
• Caretaker（负责人）：负责保存备忘录对象，但不能对备忘录的内容进行操作或访问。

代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 发起者类
class Originator {private String state;// 设置状态public void setState(String state) {this.state = state;System.out.println("当前状态: " + state);}// 保存当前状态到备忘录public Memento saveStateToMemento() {return new Memento(state);}// 从备忘录中恢复状态public void getStateFromMemento(Memento memento) {state = memento.getState();System.out.println("恢复到状态: " + state);}// 备忘录类public static class Memento {private final String state;public Memento(String state) {this.state = state;}public String getState() {return state;}}
}// 负责人类
class Caretaker {private final List<Originator.Memento> mementoList = new ArrayList<>();// 添加备忘录public void add(Originator.Memento state) {mementoList.add(state);}// 获取备忘录public Originator.Memento get(int index) {return mementoList.get(index);}
}// 测试类
public class MementoPatternDemo {public static void main(String[] args) {Originator originator = new Originator();Caretaker caretaker = new Caretaker();// 保存状态originator.setState("状态1");caretaker.add(originator.saveStateToMemento());originator.setState("状态2");caretaker.add(originator.saveStateToMemento());originator.setState("状态3");caretaker.add(originator.saveStateToMemento());// 恢复状态originator.getStateFromMemento(caretaker.get(1)); // 恢复到状态2originator.getStateFromMemento(caretaker.get(0)); // 恢复到状态1}
}

场景

1. 撤销/恢复操作

在需要支持“撤销（Undo）”和“恢复（Redo）”的应用中，备忘录模式非常适用。每当状态发生变化时，可以保存一个备忘录对象，用户可以在需要时撤销操作，恢复到之前的状态。
应用场景：

• 文本编辑器：例如，在文本处理软件中，用户进行编辑时，每次输入、删除或格式化操作都改变文档的状态。通过备忘录模式，用户可以撤销某些操作，并恢复到之前的编辑状态。
• 绘图软件：绘图过程中每一步的修改都可能需要撤销或恢复。

2. 保存历史状态

当需要记录一个对象的历史状态，并在将来某一时刻恢复特定状态时，备忘录模式是一个合适的选择。这样可以在不破坏对象封装性的前提下保存状态。

应用场景：

• 版本控制系统：在版本控制中，每次保存都会存储文件或项目的状态，以便之后能够回溯到某个特定版本。
• 游戏进度保存：在游戏中，玩家的进度（如等级、位置、装备等）可以存储为备忘录对象，并在玩家需要时从存档中恢复游戏。

3. 事务管理

在涉及复杂事务处理的系统中，备忘录模式可以用于事务回滚，即当事务中的某些操作失败时，能够恢复到之前的状态。

应用场景：

• 数据库事务管理：在处理数据库事务时，如果某一步操作出错，可以回滚到事务开始时的状态，从而保证数据一致性。
• 金融交易系统：在处理复杂的金融交易时，如果发生异常，能够回滚到交易前的状态，避免数据异常。

4. 需要避免暴露对象细节

在某些情况下，系统可能需要恢复对象的状态，但不希望暴露对象的内部实现细节。备忘录模式可以在不破坏对象封装的情况下，保存和恢复对象状态。

应用场景：

• 封装复杂对象：例如，某个对象的内部状态比较复杂，外部系统需要在多个状态之间切换，但是不希望外部直接访问对象的内部状态。备忘录模式允许外部保存和恢复状态，而不需要了解对象的内部实现。

5. 定时或阶段性保存

当系统需要阶段性地保存对象的状态，以防系统崩溃或其他意外情况时，备忘录模式可以记录当前的状态，确保系统可以在异常结束后恢复到安全状态。

应用场景：

• 自动备份系统：例如，某个系统在特定时间或操作后定时保存数据，并在崩溃后自动恢复。

6. 数据快照

当系统需要保存某一时刻的状态快照，以便后续能够对比或恢复时，备忘录模式可以记录状态快照。

应用场景：

• 调试与监控：开发人员可以在系统运行的不同阶段记录状态快照，并在调试过程中进行恢复以定位问题。

7. 复杂状态管理

对于那些有复杂状态管理需求的系统，备忘录模式可以帮助解决状态的存储与恢复问题，确保状态管理的灵活性。

应用场景：

• 用户设置的恢复：在软件应用中，用户可能会进行复杂的设置操作，通过备忘录模式，系统可以允许用户将配置恢复到之前的某个设置。

局限性

尽管备忘录模式适用于上述场景，但它在某些情况下可能不是最优选择，特别是当：

• 状态数据庞大：如果对象的状态信息较大，存储多个备忘录对象可能会占用大量内存。
• 状态变更频繁：在频繁保存状态的情况下，备忘录的维护成本较高，可能会引发性能问题。

总结

备忘录模式的优点在于它在保持对象封装性、实现撤销功能、简化状态管理、降低耦合度的同时，支持系统的状态历史保存和事务处理回滚。它特别适用于需要保存和恢复对象状态的应用场景。