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撤销与恢复的奥秘：设计模式之备忘录模式详解

article 2024/11/18 22:51:19

备忘录模式

🎯 备忘录模式（Memento Pattern）简介

备忘录模式 是一种行为型设计模式，用于保存对象的某一时刻状态，以便稍后可以恢复到该状态，而不破坏对象的封装性。备忘录模式将对象的状态封装在一个独立的备忘录对象中，外界无法直接访问备忘录的内部细节，只能通过特定接口恢复对象的状态。

核心思想：

通过在不破坏封装性的前提下，记录和恢复对象的内部状态，备忘录模式可以让对象恢复到以前的某个状态，常用于撤销操作等场景。

备忘录模式的 UML 类图

在这里插入图片描述

角色说明：

  1. Originator（发起者）：
    • 发起者是拥有某个内部状态的对象，它能够创建备忘录来记录当前状态，并通过恢复备忘录对象来恢复之前的状态。
  2. Memento（备忘录）：
    • 备忘录存储了发起者的内部状态。在外部对象中，备忘录是不可变的，只有发起者可以访问并使用其内容。
  3. Caretaker（负责人）：
    • 负责人负责保存和管理备忘录对象，但不能修改或访问备忘录的内容。它只知道如何保存和恢复备忘录。

生动案例：文本编辑器中的撤销功能

场景说明：

假设我们有一个简单的文本编辑器，它允许用户输入文本并提供撤销功能。每次用户输入新的文本时，编辑器会保存当前状态（文本内容）到备忘录中。当用户点击“撤销”时，编辑器将恢复到上一个保存的状态。

代码实现

Step 1: 定义发起者类

Originator 类代表文本编辑器，它能够创建和恢复备忘录对象。

// 发起者：文本编辑器
public class TextEditor {
    private String text;

    // 设置文本
    public void setText(String text) {
        this.text = text;
        System.out.println("TextEditor: Setting text to '" + text + "'");
    }

    // 获取当前文本状态
    public String getText() {
        return text;
    }

    // 创建备忘录，保存当前文本状态
    public Memento save() {
        return new Memento(text);
    }

    // 从备忘录恢复文本状态
    public void restore(Memento memento) {
        this.text = memento.getText();
        System.out.println("TextEditor: Restored text to '" + text + "'");
    }

    // 备忘录类，用于存储文本状态
    public static class Memento {
        private final String text;

        public Memento(String text) {
            this.text = text;
        }

        private String getText() {
            return text;
        }
    }
}

Step 2: 定义负责人类

Caretaker 类负责保存和管理文本编辑器的多个备忘录，以便用户可以执行多次撤销操作。

import java.util.Stack;

// 负责人：管理备忘录的保存和恢复
public class Caretaker {
    private Stack<TextEditor.Memento> mementoStack = new Stack<>();

    // 保存备忘录
    public void save(TextEditor editor) {
        System.out.println("Caretaker: Saving state.");
        mementoStack.push(editor.save());
    }

    // 恢复备忘录
    public void undo(TextEditor editor) {
        if (!mementoStack.isEmpty()) {
            System.out.println("Caretaker: Undoing last operation.");
            editor.restore(mementoStack.pop());
        } else {
            System.out.println("Caretaker: No states to undo.");
        }
    }
}

Step 3: 测试备忘录模式

public class MementoPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TextEditor editor = new TextEditor();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        // 设置文本状态并保存
        editor.setText("Version 1");
        caretaker.save(editor);

        editor.setText("Version 2");
        caretaker.save(editor);

        editor.setText("Version 3");

        // 执行撤销操作
        caretaker.undo(editor);  // 撤销到 Version 2
        caretaker.undo(editor);  // 撤销到 Version 1
        caretaker.undo(editor);  // 无法继续撤销
    }
}

输出结果：

TextEditor: Setting text to 'Version 1'
Caretaker: Saving state.
TextEditor: Setting text to 'Version 2'
Caretaker: Saving state.
TextEditor: Setting text to 'Version 3'
Caretaker: Undoing last operation.
TextEditor: Restored text to 'Version 2'
Caretaker: Undoing last operation.
TextEditor: Restored text to 'Version 1'
Caretaker: No states to undo.

备忘录模式的优缺点

优点：

  1. 保持封装性：
    备忘录模式不会暴露对象的内部状态，保证了对象的封装性。
  2. 方便状态恢复：
    可以轻松地将对象恢复到先前的状态，实现如撤销、回滚等功能。
  3. 简化复杂对象状态的管理：
    通过备忘录模式，可以方便地保存和恢复对象的多个状态，适合需要频繁更改状态的场景。

缺点：

  1. 占用资源：
    如果保存的状态较多或状态信息较大，备忘录模式会占用大量内存，导致性能问题。
  2. 实现较复杂：
    实现备忘录模式需要额外的类和逻辑来保存和管理状态，增加了代码复杂性。

备忘录模式的应用场景

  1. 撤销操作：
    在编辑器、文档处理器等软件中，当用户进行编辑时，备忘录模式可以保存每一步操作的状态，从而支持撤销功能。
  2. 事务管理：
    在数据库事务中，备忘录模式可以用来记录事务的中间状态，以便在发生错误时回滚到之前的状态。
  3. 游戏进度保存：
    在游戏开发中，备忘录模式可以用于保存游戏的当前进度，以便玩家可以恢复到之前的游戏状态。

备忘录模式思想在优秀源码中的应用

Java 的 Serializable 接口（对象状态的持久化）

在 JDK 中，Serializable 接口允许对象的状态以字节流的形式保存和恢复。这与备忘录模式类似，因为它能够在某个时刻保存对象的完整状态，并在需要时恢复该状态

Serializable 示例：

import java.io.*;

class Originator implements Serializable {
    private String state;

    public Originator(String state) {
        this.state = state;
    }

    public String getState() {
        return state;
    }

    public void setState(String state) {
        this.state = state;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "State: " + state;
    }
}

public class SerializableMementoExample {
    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator("Initial State");

        // 保存状态到文件
        try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("memento.ser"))) {
            out.writeObject(originator);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 修改状态
        originator.setState("Modified State");
        System.out.println("Current State: " + originator);

        // 从文件恢复状态
        try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("memento.ser"))) {
            Originator restored = (Originator) in.readObject();
            System.out.println("Restored State: " + restored);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
解释：
  • Serializable 通过序列化和反序列化机制将对象的状态保存到文件中（类似于备忘录模式中的 Memento），并在需要时恢复对象状态。
  • 尽管 Serializable 的应用范围广泛，并非完全符合备忘录模式的设计意图，但它确实提供了对象状态存储和恢复的能力。

Spring 中的 Transaction Management（事务管理回滚）

Spring Framework 中的事务管理系统也使用了备忘录模式的思想。它通过保存数据库的事务状态，在出现异常或错误时能够将数据恢复到原始状态。

原理：

  • 在事务开始时，Spring 会保存当前数据库的状态，类似于创建一个备忘录（Memento）。
  • 如果事务中发生错误，Spring 可以将数据库回滚到之前的状态，类似于从备忘录中恢复状态。
  • 这一机制通过 Spring 的事务管理器 实现，允许将整个事务的状态保存并在需要时恢复。
@Transactional
public void transferMoney(Account fromAccount, Account toAccount, double amount) {
    fromAccount.withdraw(amount);
    toAccount.deposit(amount);

    // 在这里如果发生异常，Spring 会自动回滚事务到之前的状态
}

解释：

  • 当 @Transactional 方法抛出未检查异常时，Spring 的事务管理机制会回滚之前的操作，恢复数据库到初始状态。这个操作类似于备忘录模式中的“撤销”，在事务失败时恢复到之前的状态。

总结

备忘录模式 提供了一种记录对象状态的机制，并在不破坏对象封装的前提下恢复对象状态。通过备忘录模式，系统可以轻松实现撤销、重做、恢复等功能，非常适合需要频繁修改和恢复对象状态的场景。

通过文本编辑器撤销功能的案例，我们清晰地展示了备忘录模式如何应用于实际开发中，使系统可以灵活管理对象的历史状态，实现多步撤销操作。


http://www.kler.cn/a/320677.html

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