Java设计模式-备忘录模式

备忘录模式（Memento Pattern）
类型：行为型（GoF 23 种之一）
核心意图：在不破坏封装性的前提下，捕获并外部化对象的内部状态，以便之后可将该对象恢复到原先保存的状态。
关键词：快照、撤销（Undo）、回滚、存档。

一、角色与结构

1. Originator（原发器）
   真正拥有内部状态的类；可创建备忘录、也可根据备忘录恢复自身状态。

2. Memento（备忘录）
   存储 Originator 的某一时刻内部状态；对其它对象只暴露窄接口（只读），防止外部随意篡改。

3. Caretaker（看管者）
   负责保存备忘录列表/栈，但不能操作备忘录内容；典型实现为“撤销管理器”。

类图（简化）

Originator ──createMemento()──> Memento
   ▲                              ▲
   │                              │
   │                              │
Caretaker ──holds──> List<Memento>

二、Java 代码示例（文本编辑器撤销/重做）

1. 备忘录（Memento）

public final class EditorMemento {
    private final String content;
    private final int cursor;

    EditorMemento(String content, int cursor) {
        this.content = content;
        this.cursor  = cursor;
    }
    /* 仅包可见，防止外部直接访问 */
    String getContent() { return content; }
    int    getCursor()  { return cursor; }
}

1. 原发器（Originator）

public class Editor {
    private String content = "";
    private int cursor = 0;

    public void write(String text) {
        content += text;
        cursor = content.length();
    }
    public void delete(int length) {
        if (length > content.length()) length = content.length();
        content = content.substring(0, content.length() - length);
        cursor = content.length();
    }

    /* 创建快照 */
    public EditorMemento save() {
        return new EditorMemento(content, cursor);
    }
    /* 恢复状态 */
    public void restore(EditorMemento m) {
        this.content = m.getContent();
        this.cursor  = m.getCursor();
    }

    @Override public String toString() {
        return "Content: " + content + ", Cursor: " + cursor;
    }
}

1. 看管者（Caretaker）

public class History {
    private final Deque<EditorMemento> stack = new ArrayDeque<>();

    public void push(EditorMemento m) { stack.push(m); }
    public EditorMemento pop()        { return stack.isEmpty() ? null : stack.pop(); }
}

1. 客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Editor editor = new Editor();
        History history = new History();

        editor.write("Hello");
        history.push(editor.save());      // 第1次快照

        editor.write(" World");
        history.push(editor.save());      // 第2次快照

        editor.delete(5);
        System.out.println(editor);       // Content: Hello, Cursor: 5

        editor.restore(history.pop());    // 撤销
        System.out.println(editor);       // Content: Hello World, Cursor: 11

        editor.restore(history.pop());    // 再撤销
        System.out.println(editor);       // Content: Hello, Cursor: 5
    }
}

三、黑箱 vs 白箱实现

• 白箱：把 Memento 设为 public，Caretaker 可直接访问内部字段（破坏封装，不推荐）。
• 黑箱：Memento 接口仅暴露只读方法，Originator 用私有内部类实现真正数据（示例即黑箱）。

四、与命令模式的协作

命令模式负责“做什么”，备忘录模式负责“恢复到什么状态”。
典型做法：

• 每条命令执行前，让 Caretaker 保存一次 Originator 的快照；
• 撤销时，命令对象从 Caretaker 取回对应备忘录并调用 Originator.restore()。

五、优缺点

优点

• 严格封装：外部无法触碰 Originator 内部细节。
• 简化 Originator：状态保存/恢复逻辑被剥离到 Memento。
• 支持多级撤销、重做、时间旅行调试。

缺点

• 资源消耗：大量快照会占用内存；可结合“增量存储”或“最大撤销深度”优化。
• 维护同步：Originator 字段变化时，Memento 也要同步调整。

六、JDK 中的备忘录影子

• java.util.Date 的 clone() 机制（浅拷贝快照）。
• javax.swing.undo.UndoManager 与 StateEditable 接口。
• 游戏存档、数据库事务回滚、虚拟机快照（KVM/QEMU）本质都是备忘录思想。

七、一句话总结

备忘录模式把“状态”变成可存储、可回滚的独立对象，让“撤销/重做”功能在面向对象世界里优雅落地。