一起學(xué)設(shè)計(jì)模式 - 備忘錄模式

roland_reed 發(fā)布于2019-08-16 10:55 / 530人閱讀

摘要：備忘錄模式常常與命令模式和迭代子模式一同使用。自述歷史所謂自述歷史模式實(shí)際上就是備忘錄模式的一個(gè)變種。在備忘錄模式中，發(fā)起人角色負(fù)責(zé)人角色和備忘錄角色都是獨(dú)立的角色。

備忘錄模式（Memento Pattern）屬于行為型模式的一種，在不破壞封裝特性的前提下，捕獲一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對(duì)象之外保存這個(gè)狀態(tài)。這樣就可以將該對(duì)象恢復(fù)到原先保存的狀態(tài)。

概述

備忘錄模式又叫做快照模式(Snapshot Pattern)，一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)另外一個(gè)對(duì)象內(nèi)部狀態(tài)的快照的對(duì)象。

備忘錄模式的用意是在不破壞封裝的條件下，將一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)捕捉(Capture)住，并外部化，存儲(chǔ)起來(lái)，從而可以在將來(lái)合適的時(shí)候把這個(gè)對(duì)象還原到存儲(chǔ)起來(lái)的狀態(tài)。備忘錄模式常常與命令模式和迭代子模式一同使用。

案例

前言：備忘錄模式按照備忘錄角色的形態(tài)不同，分為白箱實(shí)現(xiàn)與黑箱實(shí)現(xiàn)，兩種模式與備忘錄角色提供的接口模式有關(guān)；

引入兩個(gè)定義，備忘錄有兩個(gè)等效的接口：

窄接口：負(fù)責(zé)人（Caretaker）對(duì)象（和其他除發(fā)起人對(duì)象之外的任何對(duì)象）看到的是備忘錄的窄接口(narrow interface)，這個(gè)窄接口只允許它把備忘錄對(duì)象傳給其他的對(duì)象。

寬接口：與負(fù)責(zé)人對(duì)象看到的窄接口相反的是，發(fā)起人對(duì)象可以看到一個(gè)寬接口(wide interface)，這個(gè)寬接口允許它讀取所有的數(shù)據(jù)，以便根據(jù)這些數(shù)據(jù)恢復(fù)這個(gè)發(fā)起人對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)。

白箱實(shí)現(xiàn)

角色組成

Memento(備忘錄角色)： 負(fù)責(zé)存儲(chǔ)原發(fā)器對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，但是具體需要存儲(chǔ)哪些數(shù)據(jù)是由原發(fā)器對(duì)象來(lái)決定的，在需要的時(shí)候提供原發(fā)器需要的內(nèi)部狀態(tài)。PS：這里可以存儲(chǔ)狀態(tài)。

Originator(發(fā)起人(原發(fā)器)角色)： 記錄當(dāng)前時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)，負(fù)責(zé)定義哪些屬于備份范圍的狀態(tài)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建和恢復(fù)備忘錄數(shù)據(jù)。

Caretaker(備忘錄負(fù)責(zé)人(管理者)角色)： 對(duì)備忘錄對(duì)象進(jìn)行管理，但是不能對(duì)備忘錄對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行操作或檢查。

備忘錄角色對(duì)任何對(duì)象都提供公共的訪問(wèn)，內(nèi)部所存儲(chǔ)的狀態(tài)對(duì)對(duì)象公開(kāi)，即為白箱實(shí)現(xiàn)。白箱實(shí)現(xiàn)發(fā)起人和負(fù)責(zé)人提供相同接口，使得負(fù)責(zé)人可以訪問(wèn)備忘錄全部?jī)?nèi)容，并不安全。白箱實(shí)現(xiàn)對(duì)備忘錄內(nèi)容的保護(hù)靠的是程序員的自律，實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單。

UML結(jié)構(gòu)圖

1.創(chuàng)建一個(gè)備忘錄角色備忘錄，內(nèi)部定義了一個(gè)變量用來(lái)區(qū)分當(dāng)前對(duì)象狀態(tài)

public class Memento {
    private String state;

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

    public String getState() {
        return this.state;
    }

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

2.接著創(chuàng)建一個(gè)原發(fā)器對(duì)象Originator，定義了創(chuàng)建備忘錄對(duì)象和回滾的對(duì)象

public class Originator {

    private String state;

    public String getState() {
        return this.state;
    }

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

    /**
     * 創(chuàng)建對(duì)象
     *
     * @return 備忘錄對(duì)象
     */
    public Memento createMemento() {
        return new Memento(state);
    }

    /**
     * 從備忘錄中恢復(fù)
     *
     * @param memento 恢復(fù)的對(duì)象
     */
    public void restoreMemento(Memento memento) {
        this.state = memento.getState();
    }
}

3.創(chuàng)建備忘錄管理者Caretaker，顧名思義就是來(lái)管理備忘錄對(duì)象的

public class Caretaker {
    /**
     * 備忘錄對(duì)象
     */
    private Memento memento;

    /**
     * 獲取備忘錄
     *
     * @return 備忘錄對(duì)象
     */
    public Memento retrieveMemento() {
        return this.memento;
    }

    /**
     * 存儲(chǔ)備忘錄對(duì)象
     */
    public void saveMemento(Memento memento) {
        this.memento = memento;
    }
}

4.創(chuàng)建測(cè)試類

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        originator.setState("狀態(tài)A");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());
        // 存儲(chǔ)內(nèi)部狀態(tài)
        caretaker.saveMemento(originator.createMemento());
        System.out.println("存檔");

        // 改變狀態(tài)
        originator.setState("狀態(tài)B");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());

        // 改變狀態(tài)
        originator.setState("狀態(tài)C");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());
        // 恢復(fù)狀態(tài)
        originator.restoreMemento(caretaker.retrieveMemento());
        System.out.println("讀檔");

        System.out.println("恢復(fù)后狀態(tài)：" + originator.getState());
    }
}

5.運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)A
存檔
當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)B
當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)C
讀檔
恢復(fù)后狀態(tài)：狀態(tài)A

黑箱實(shí)現(xiàn)

角色組成

MementoIF(備忘錄角色)： 空接口，不作任何實(shí)現(xiàn)。

Originator(發(fā)起人(原發(fā)器)角色)： 記錄當(dāng)前時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)，負(fù)責(zé)定義哪些屬于備份范圍的狀態(tài)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建和恢復(fù)備忘錄數(shù)據(jù)。這里Memento做為原發(fā)器的私有內(nèi)部類，來(lái)存儲(chǔ)備忘錄。備忘錄只能由原發(fā)器對(duì)象來(lái)訪問(wèn)它內(nèi)部的數(shù)據(jù)，原發(fā)器外部的對(duì)象不應(yīng)該能訪問(wèn)到備忘錄對(duì)象的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

Memento 對(duì)象給 Originator 角色對(duì)象提供一個(gè)寬接口，而為其他對(duì)象提供一個(gè)窄接口，即為黑箱實(shí)現(xiàn)。

UML結(jié)構(gòu)圖

1.備忘錄窄接口

public interface MementoIF {
}

2.接著創(chuàng)建一個(gè)原發(fā)器對(duì)象Originator，其中定義了一個(gè)私有化的內(nèi)部類Memento實(shí)現(xiàn)了MementoIF接口，只有當(dāng)前對(duì)象能訪問(wèn)

public class Originator {

    private String state;

    public String getState() {
        return state;
    }

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

    /**
     * 創(chuàng)建一個(gè)新的備忘錄對(duì)象
     */
    public MementoIF createMemento() {
        return new Memento(state);
    }

    /**
     * 發(fā)起人恢復(fù)到備忘錄對(duì)象記錄的狀態(tài)
     */
    public void restoreMemento(MementoIF memento) {
        this.setState(((Memento) memento).getState());
    }

    private class Memento implements MementoIF {

        private String state;

        private Memento(String state) {
            this.state = state;
        }

        private String getState() {
            return state;
        }

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

3.創(chuàng)建備忘錄管理者Caretaker，管理備忘錄對(duì)象的

public class Caretaker {
    /**
     * 備忘錄對(duì)象
     */
    private MementoIF memento;

    /**
     * 獲取備忘錄對(duì)象
     */
    public MementoIF retrieveMemento() {
        return memento;
    }

    /**
     * 保存?zhèn)渫泴?duì)象
     */
    public void saveMemento(MementoIF memento) {
        this.memento = memento;
    }
}

4.創(chuàng)建測(cè)試類

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        originator.setState("狀態(tài)A");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());
        // 改變狀態(tài)
        originator.setState("狀態(tài)B");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());

        // 存儲(chǔ)內(nèi)部狀態(tài)
        caretaker.saveMemento(originator.createMemento());
        System.out.println("存檔");
        
        // 改變狀態(tài)
        originator.setState("狀態(tài)C");
        System.out.println("當(dāng)前狀態(tài)：" + originator.getState());
        // 恢復(fù)狀態(tài)
        originator.restoreMemento(caretaker.retrieveMemento());
        System.out.println("讀檔");

        System.out.println("恢復(fù)后狀態(tài)：" + originator.getState());
    }
}

5.運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)A
當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)B
存檔
當(dāng)前狀態(tài)：狀態(tài)C
讀檔
恢復(fù)后狀態(tài)：狀態(tài)B

兩者的代碼結(jié)構(gòu)是比較類似的，本質(zhì)區(qū)別就是外部能不能訪問(wèn)備忘錄的狀態(tài)，備忘錄角色具有安全等級(jí)；這里關(guān)于備忘錄角色 -> 白箱實(shí)現(xiàn)利用的寬接口，黑箱模式利用的窄接口；

多重檢查點(diǎn)

前面所給出的白箱和黑箱的示意性實(shí)現(xiàn)都是只存儲(chǔ)一個(gè)狀態(tài)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，也可以叫做只有一個(gè)檢查點(diǎn)。常見(jiàn)的系統(tǒng)往往需要存儲(chǔ)不止一個(gè)狀態(tài)，而是需要存儲(chǔ)多個(gè)狀態(tài)，或者叫做有多個(gè)檢查點(diǎn)。這種情況只需要使用有序隊(duì)列方式可以很容易達(dá)到多重檢查點(diǎn)

備忘錄模式可以將發(fā)起人對(duì)象的狀態(tài)存儲(chǔ)到備忘錄對(duì)象里面，備忘錄模式可以將發(fā)起人對(duì)象恢復(fù)到備忘錄對(duì)象所存儲(chǔ)的某一個(gè)檢查點(diǎn)上。

自述歷史

所謂自述歷史模式(History-On-Self Pattern)實(shí)際上就是備忘錄模式的一個(gè)變種。在備忘錄模式中，發(fā)起人(Originator)角色、負(fù)責(zé)人(Caretaker)角色和備忘錄 (Memento)角色都是獨(dú)立的角色。雖然在實(shí)現(xiàn)上備忘錄類可以成為發(fā)起人類的內(nèi)部成員類，但是備忘錄類仍然保持作為一個(gè)角色的獨(dú)立意義。在自述歷史模式里面，發(fā)起人角色自己兼任負(fù)責(zé)人角色。
　　
完整代碼在GIT項(xiàng)目中

總結(jié)

關(guān)于使用備忘錄的潛在代價(jià)：

　　標(biāo)準(zhǔn)的備忘錄模式的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是依靠緩存來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，當(dāng)需要備忘的數(shù)據(jù)量較大時(shí)，或者是存儲(chǔ)的備忘錄對(duì)象數(shù)據(jù)量不大但是數(shù)量很多的時(shí)候，或者是用戶很頻繁的創(chuàng)建備忘錄對(duì)象的時(shí)候，這些都會(huì)導(dǎo)致非常大的開(kāi)銷(xiāo)。

　　因此在使用備忘錄模式的時(shí)候，一定要好好思考應(yīng)用的環(huán)境，如果使用的代價(jià)太高，就不要選用備忘錄模式，可以采用其它的替代方案。

關(guān)于增量存儲(chǔ)：

　　如果需要頻繁的創(chuàng)建備忘錄對(duì)象，而且創(chuàng)建和應(yīng)用備忘錄對(duì)象來(lái)恢復(fù)狀態(tài)的順序是可控的，那么可以讓備忘錄進(jìn)行增量存儲(chǔ)，也就是備忘錄可以僅僅存儲(chǔ)原發(fā)器內(nèi)部相對(duì)于上一次存儲(chǔ)狀態(tài)后的增量改變。

　　比如：在命令模式實(shí)現(xiàn)可撤銷(xiāo)命令的實(shí)現(xiàn)中，就可以使用備忘錄來(lái)保存每個(gè)命令對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，然后在撤銷(xiāo)命令的時(shí)候，使用備忘錄來(lái)恢復(fù)這些狀態(tài)。由于命令的歷史列表是按照命令操作的順序來(lái)存放的，也是按照這個(gè)歷史列表來(lái)進(jìn)行取消和重做的，因此順序是可控的。那么這種情況，還可以讓備忘錄對(duì)象只存儲(chǔ)一個(gè)命令所產(chǎn)生的增量改變而不是它所影響的每一個(gè)對(duì)象的完整狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)

給用戶提供了一種可以恢復(fù)狀態(tài)的機(jī)制，可以使用戶能夠比較方便地回到某個(gè)歷史的狀態(tài)。

實(shí)現(xiàn)了信息的封裝，使得用戶不需要關(guān)心狀態(tài)的保存細(xì)節(jié)。

缺點(diǎn)

消耗資源。如果類的成員變量過(guò)多，勢(shì)必會(huì)占用比較大的資源，而且每一次保存都會(huì)消耗一定的內(nèi)存。

由于備份的信息是由發(fā)起人自己提供的，所以管理者無(wú)法預(yù)知備份的信息的大小，所以在客戶端使用時(shí)，可能一個(gè)操作占用了很大的內(nèi)存，但客戶端并不知曉。

適用場(chǎng)景

需要保存/恢復(fù)數(shù)據(jù)的相關(guān)狀態(tài)場(chǎng)景。

提供一個(gè)可回滾的操作。

備忘錄模式在很多軟件的使用過(guò)程中普遍存在，但是在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)中，它的使用頻率并不太高；

說(shuō)點(diǎn)什么

參考文獻(xiàn)：http://www.cnblogs.com/JsonShare/p/7283972.html

全文代碼：https://gitee.com/battcn/design-pattern/tree/master/Chapter16/battcn-memento

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