备忘录模式

备忘录模式（Memento Pattern）：对象状态的快照与恢复

备忘录模式是行为型设计模式的一种，核心思想是在不破坏对象封装性的前提下，捕获对象的内部状态并保存，以便后续将对象恢复到该状态。这种模式就像 “游戏存档”—— 玩家可在关键时刻保存进度，后续可随时加载存档回到之前的状态，核心功能是 “状态的保存与恢复”。

备忘录模式的核心结构

备忘录模式通过三个核心角色实现状态的安全存储与恢复，分工明确且保障封装性：

原发器（Originator）

需要被保存状态的对象，负责创建备忘录（记录当前状态）和从备忘录恢复状态。
示例：GameRole（游戏角色，需保存生命值、魔法值等状态）。

备忘录（Memento）

存储原发器状态的对象，通常由原发器创建，包含原发器的部分或全部内部状态。
备忘录的访问权限严格控制：仅允许原发器读写其状态，其他对象无法修改（保障封装性）。
示例：GameRoleMemento（存储游戏角色的生命值、魔法值）。

管理者（Caretaker）

负责管理备忘录的对象，仅存储备忘录但不查看或修改其内容，相当于 “存档管理器”。
示例：GameSaveManager（保存多个游戏存档，提供存档和读档接口）。

代码实现示例

以 “游戏角色状态存档” 为例，展示备忘录模式的实现：游戏角色可保存当前状态（生命值、魔法值），并在需要时恢复。

备忘录（Memento）

// 备忘录：存储游戏角色状态（私有内部类，仅允许原发器访问）
public class GameRole {
    // 内部备忘录类，封装角色状态
    private static class Memento {
        private int hp; // 生命值
        private int mp; // 魔法值

        public Memento(int hp, int mp) {
            this.hp = hp;
            this.mp = mp;
        }

        // 仅允许原发器访问状态
        private int getHp() { return hp; }
        private int getMp() { return mp; }
    }

    // 原发器的内部状态
    private int hp;
    private int mp;

    public GameRole(int hp, int mp) {
        this.hp = hp;
        this.mp = mp;
    }

    // 创建备忘录（保存当前状态）
    public Memento saveState() {
        return new Memento(hp, mp);
    }

    // 从备忘录恢复状态
    public void restoreState(Memento memento) {
        this.hp = memento.getHp();
        this.mp = memento.getMp();
    }

    // 其他业务方法（如战斗减血）
    public void fight() {
        hp -= 20;
        mp -= 10;
        System.out.printf("战斗后：生命值=%d，魔法值=%d%n", hp, mp);
    }

    // 显示当前状态
    public void showState() {
        System.out.printf("当前状态：生命值=%d，魔法值=%d%n", hp, mp);
    }
}

管理者（Caretaker）

// 管理者：管理游戏存档（备忘录）
public class GameSaveManager {
    private GameRole.Memento save; // 存储单个存档（可扩展为列表保存多个存档）

    // 保存存档
    public void saveMemento(GameRole.Memento memento) {
        this.save = memento;
        System.out.println("已保存存档");
    }

    // 获取存档
    public GameRole.Memento getMemento() {
        System.out.println("读取存档");
        return save;
    }
}

客户端使用

public class MementoDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建游戏角色（原发器）
        GameRole role = new GameRole(100, 80);
        role.showState(); // 当前状态：生命值=100，魔法值=80

        // 创建管理者（存档管理器）
        GameSaveManager saveManager = new GameSaveManager();

        // 保存状态（存档）
        saveManager.saveMemento(role.saveState());

        // 进行战斗（状态改变）
        role.fight(); // 战斗后：生命值=80，魔法值=70
        role.showState(); // 当前状态：生命值=80，魔法值=70

        // 恢复到之前的状态（读档）
        role.restoreState(saveManager.getMemento());
        role.showState(); // 当前状态：生命值=100，魔法值=80
    }
}

输出结果

当前状态：生命值=100，魔法值=80
已保存存档
战斗后：生命值=80，魔法值=70
当前状态：生命值=80，魔法值=70
读取存档
当前状态：生命值=100，魔法值=80

备忘录模式的核心优势

封装性保障
备忘录的状态仅允许原发器访问（如示例中Memento是GameRole的私有内部类），其他对象（如管理者）无法修改，确保状态的安全性。
状态快照与恢复
可在任意时刻保存对象状态，需要时快速恢复，适合需要 “回滚” 操作的场景（如游戏存档、事务回滚）。
原发器与状态存储分离
原发器无需关心状态如何存储，管理者负责备忘录的管理，符合单一职责原则。

适用场景

需要回滚操作的场景
- 游戏存档：保存 / 加载游戏进度。
- 文本编辑器的撤销功能：保存每次编辑前的状态，支持撤销。
- 数据库事务：事务提交前保存状态，失败时回滚。
需保存对象部分或全部状态
当对象状态复杂且需频繁保存 / 恢复（如配置项修改、表单填写），备忘录模式可简化状态管理。
避免暴露对象内部状态
不希望通过 getter 方法暴露内部状态（破坏封装），可通过备忘录间接保存状态。

优缺点分析

优点

高封装性：状态存储与恢复不破坏原发器的封装，内部状态不被外部访问。
灵活的状态管理：可保存多个历史状态（如管理者存储备忘录列表），支持多版本恢复。
简化原发器职责：原发器无需自行管理状态历史，由管理者统一处理。

缺点

资源消耗：若对象状态大或保存频繁，备忘录会占用较多内存（如频繁存档的大型游戏）。
状态一致性风险：若原发器状态包含引用类型，备忘录保存的是引用（浅拷贝），可能导致恢复后状态不一致（需深拷贝解决）。

经典应用案例

文本编辑器的撤销功能
每次编辑前保存文档状态到备忘录，撤销时从备忘录恢复，如Word的Ctrl+Z。
数据库事务管理器
事务执行前保存数据状态，若事务失败，通过备忘录回滚到初始状态。
配置中心的版本管理
保存配置项的历史版本（备忘录），支持回滚到之前的配置。
状态机的状态回溯
状态机在状态转换时保存历史状态，便于回溯或重新执行。

总结

备忘录模式通过原发器、备忘录和管理者的协作，实现了对象状态的安全保存与恢复，核心是 “封装状态、分离管理”。它特别适合需要回滚操作或状态快照的场景，既能保障对象封装性，又能灵活管理状态历史。使用时需注意平衡状态保存的粒度与资源消耗，避免因频繁保存大对象导致性能问题