备忘录模式：实现对象状态撤销与恢复的设计模式

备忘录模式：实现对象状态撤销与恢复的设计模式

一、模式核心：在不破坏封装性的前提下保存和恢复对象状态

在软件开发中，经常需要实现 “撤销” 功能（如文本编辑器的撤销修改、游戏存档读取）。直接暴露对象内部状态会破坏封装性，而备忘录模式通过独立的备忘录对象封装状态，实现安全的状态管理。

备忘录模式（Memento Pattern） 允许在不暴露对象内部细节的情况下，捕获对象的内部状态并保存为备忘录（Memento），后续可通过备忘录恢复对象状态。核心解决：

• 状态封装：备忘录对象封装对象状态，避免外部直接访问内部属性。
• 撤销 / 重做支持：通过保存多个备忘录实现多步撤销（如版本控制）。
• 单一职责分离：将状态管理逻辑从原发对象中分离，符合开闭原则。

核心思想与 UML 类图（PlantUML 语法）

备忘录模式包含以下角色：

1. 原发器（Originator）：创建并恢复自身状态的对象。
2. 备忘录（Memento）：存储原发器的状态，提供有限访问接口。
3. 管理者（Caretaker）：管理备忘录的创建、存储和获取（如历史记录列表）。

二、核心实现：文本编辑器的撤销功能

1. 定义原发器（文本编辑器）

public class TextEditor {  private String content; // 编辑内容  // 创建备忘录（保存当前状态）  public Memento createMemento() {  return new Memento(content);  }  // 恢复状态（从备忘录中读取）  public void restoreMemento(Memento memento) {  this.content = memento.getState();  }  // 修改内容（模拟编辑操作）  public void append(String text) {  content = (content != null ? content : "") + text;  }  // 获取当前内容  public String getContent() {  return content;  }  
}  

2. 定义备忘录（包可见，隐藏状态访问）

class Memento {  private final String state;  Memento(String state) {  this.state = state;  }  // 包可见方法，仅同一包内的原发器可调用  String getState() {  return state;  }  
}  

3. 定义管理者（保存历史记录）

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  public class HistoryManager {  private final List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();  // 添加新备忘录到历史记录  public void saveMemento(Memento memento) {  mementoList.add(memento);  }  // 获取指定版本的备忘录（索引从 0 开始）  public Memento getMemento(int index) {  return mementoList.get(index);  }  
}  

4. 客户端使用备忘录模式

public class ClientDemo {  public static void main(String[] args) {  TextEditor editor = new TextEditor();  HistoryManager history = new HistoryManager();  // 编辑步骤 1：输入 "Hello"  editor.append("Hello");  System.out.println("当前内容：" + editor.getContent()); // 输出：Hello  history.saveMemento(editor.createMemento()); // 保存状态 1  // 编辑步骤 2：添加 " World!"  editor.append(" World!");  System.out.println("当前内容：" + editor.getContent()); // 输出：Hello World!  history.saveMemento(editor.createMemento()); // 保存状态 2  // 撤销到第一步  editor.restoreMemento(history.getMemento(0));  System.out.println("撤销后内容：" + editor.getContent()); // 输出：Hello  }  
}  

输出结果：

当前内容：Hello  
当前内容：Hello World!  
撤销后内容：Hello  

三、进阶：实现多步撤销与状态快照

通过在管理者中维护备忘录列表，支持回滚到任意历史版本（如版本控制系统）。

1. 扩展管理者支持版本索引

public class AdvancedHistoryManager {  private final List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();  private int currentIndex = -1; // 当前版本索引  // 保存新状态并清除后续版本（如重做后新增修改）  public void saveMemento(Memento memento) {  currentIndex++;  if (currentIndex < mementoList.size()) {  mementoList.set(currentIndex, memento); // 覆盖旧版本  } else {  mementoList.add(memento); // 添加新版本  }  }  // 撤销（回退到上一版本）  public Memento undo() {  if (currentIndex > 0) {  currentIndex--;  return mementoList.get(currentIndex);  }  return null;  }  // 重做（前进到下一版本）  public Memento redo() {  if (currentIndex < mementoList.size() - 1) {  currentIndex++;  return mementoList.get(currentIndex);  }  return null;  }  
}  

2. 客户端测试多步撤销 / 重做

public class ClientDemo {  public static void main(String[] args) {  AdvancedHistoryManager history = new AdvancedHistoryManager();  TextEditor editor = new TextEditor();  // 编辑并保存三个版本  editor.append("A"); history.saveMemento(editor.createMemento()); // 版本 0: "A"  editor.append("B"); history.saveMemento(editor.createMemento()); // 版本 1: "AB"  editor.append("C"); history.saveMemento(editor.createMemento()); // 版本 2: "ABC"  // 撤销两次到版本 0  history.undo(); // 版本 1  history.undo(); // 版本 0  System.out.println("撤销两次后：" + editor.getContent()); // 输出："A"  // 重做一次到版本 1  editor.restoreMemento(history.redo());  System.out.println("重做一次后：" + editor.getContent()); // 输出："AB"  }  
}  

四、框架与源码中的备忘录实践

1. Java 的 java.io.Serializable

对象序列化可视为备忘录模式的一种实现：通过序列化保存对象状态（备忘录），反序列化恢复状态（如分布式系统中的 checkpoint）。

2. Git 版本控制

Git 通过提交（Commit）保存代码快照（备忘录），允许回滚到任意历史版本（git checkout/git revert），本质上是备忘录模式的应用。

3. Eclipse 的撤销功能

Eclipse 编辑器通过备忘录模式保存代码修改历史，支持多步撤销（Ctrl+Z）和重做（Ctrl+Y），每个修改版本对应一个备忘录。

五、避坑指南：正确使用备忘录模式的 3 个要点

1. 控制备忘录的访问权限

备忘录的状态访问方法应设为包可见（默认权限）或私有，避免外部直接修改状态，确保仅原发器可恢复状态。

2. 处理大状态的性能问题

若对象状态包含大量数据（如图像、大文件），备忘录会占用大量内存。可采用原型模式克隆轻量级状态，或虚拟备忘录仅记录差异（如命令模式中的增量保存）。

3. 避免内存泄漏

管理者需合理管理备忘录列表，及时清理不再需要的历史记录（如限制最大版本数），防止内存溢出。

六、总结：何时该用备忘录模式？

适用场景	核心特征	典型案例
撤销 / 重做功能	需要记录对象状态变化，支持回滚	文本编辑器、绘图软件
状态备份与恢复	定期保存状态快照，支持故障恢复	游戏存档、数据库备份
版本控制	需要管理对象的多个历史版本	代码版本管理、文档修订追踪

备忘录模式通过封装状态管理逻辑，在不破坏封装性的前提下实现了灵活的状态恢复机制。下一篇我们将探讨中介者模式，解析如何解耦对象间的复杂交互，敬请期待！

扩展思考：备忘录模式 vs 命令模式

类型	核心功能	协作方式
备忘录模式	保存 / 恢复对象状态	原发器创建备忘录，管理者存储
命令模式	封装操作命令，支持撤销 / 重做	命令对象记录操作前后状态
组合使用	命令模式调用备忘录模式保存操作状态，实现多步撤销	命令执行时创建备忘录，撤销时恢复