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备忘录模式/快照模式 Memento Design Pattern

Captures and externalizes an object’s internal state so that it can be restored later, all without violating encapsulation.——GoF
在不违背封装原则的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便之后恢复对象为先前的状态。

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备忘录模式可以实现的功能：

  • Undo（撤销）
  • Redo（重做）
  • History（历史记录）
  • Snapshot（快照）

备忘录模式的实现很灵活，也没有很固定的实现方式，在不同的业务需求、不同编程语言下，代码实现可能都不大一样。

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注意：

  • Originator 和 Memento 不是父子关系。
  • Caretaker 无法 new 出 Memento 实例，只能通知 Originator 去 new。
  • 为了实现访问权限控制，注意 Originator 和 Memento 的包的关系。
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class Originator{
	public Memento createMemento(){
	    Memento memento=new Memento(/*...*/);
	    //do something
	    return memento;
	}
	public void restoreMemento(Memento memento){
	    //do something
	}
}

登场角色：

  • Originator（原发器）：Originator 角色会在保存自己的最新状态时生成 Memento 角色。当把以前保存的 Memento 角色传递给 Originator 角色时，它会将自己恢复至生成该 Memento 角色时的状态。
  • Memento（备忘录）：
    • Originator 角色和 Memento 角色之间有着非常紧密的联系。Memento 角色会将 Originator 角色的内部信息整合在一起。
    • 在 Memento 角色中虽然保存了 Originator 角色的信息，但它不会向外部公开这些信息。Memento 角色有以下两种接口（API）以防止对象的封装性被破坏：
      • 宽接口（API）——Wide interface。Memento 角色提供的「宽接口（API）」是指所有用于获取恢复对象状态信息的方法的集合。由于宽接口（API）会暴露所有 Memento 角色的内部信息，因此能够使用宽接口（API）的只有 Originator 角色。
      • 窄接口（API）——Narrow interface。Memento 角色为外部的 Caretaker 角色提供了「窄接口（API）」。可以通过窄接口（API）获取的 Memento 角色的内部信息非常有限，因此可以有效地防止信息泄露。
  • Caretaker（负责人）：当 Caretaker 角色想要保存当前的 Originator 角色的状态时，会通知 Originator 角色。Originator 角色在接收到通知后会生成 Memento 角色的实例并将其返回给 Caretaker 角色。
    • 负责人仅知道「何时」和「为何」捕捉原发器的状态，以及何时恢复状态。
    • 由于以后可能会用 Memento 实例来将 Originator 恢复至原来的状态，因此 Caretaker 角色会一直保存 Memento 实例。不过，Caretaker 角色只能使用 Memento 角色的窄接口（API），也就是说它无法访问 Memento 角色内部的所有信息。它只是将 Originator 角色生成的 Memento 角色当作一个黑盒子保存起来。
    • 虽然 Originator 角色和 Memento 角色之间是强关联关系，但 Caretaker 角色和 Memento 角色之间是弱关联关系。Memento 角色对 Caretaker 角色隐藏了自身的内部信息。
适用于不支持嵌套类的编程语言的实现方法

比如 PHP 语言。
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  1. 在没有嵌套类的情况下， 你可以规定负责人仅可通过明确声明的中间接口与备忘录互动， 该接口仅声明与备忘录元数据相关的方法， 限制其对备忘录成员变量的直接访问权限。
  2. 另一方面， 原发器可以直接与备忘录对象进行交互， 访问备忘录类中声明的成员变量和方法。 这种方式的缺点在于你需要将备忘录的所有成员变量声明为公有。
封装更加严格的实现

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  1. 这种实现方式允许存在多种不同类型的原发器和备忘录。 每种原发器都和其相应的备忘录类进行交互。 原发器和备忘录都不会将其状态暴露给其他类。
  2. 负责人此时被明确禁止修改存储在备忘录中的状态。 但负责人类将独立于原发器， 因为此时恢复方法被定义在了备忘录类中。
  3. 每个备忘录将与创建了自身的原发器连接。 原发器会将自己及状态传递给备忘录的构造函数。 由于这些类之间的紧密联系， 只要原发器定义了合适的设置器 （setter）， 备忘录就能恢复其状态。

拓展思路：

  • 两种接口（API）的可见性。控制访问权限。
  • 可以实现保存多个 Memento，这样就可以保存各个时间点的状态。
  • 注意 Memento 的有效期。
  • Caretaker 决定何时拍照，何时撤销以及保存 Memento 角色。Originator 角色的职责是生成 Memento 角色和使用接收到的 Memento 角色来恢复自己的状态。这样的职责分担，当遇到以下需求时，Originator 不用改变：
    • 可以多次撤销
    • 不仅可以多次撤销，还可以将现在的状态保存在文件中
优点 缺点
可以在不破坏对象封装情况的前提下创建对象状态快照。 如果客户端过于频繁地创建备忘录，程序将消耗大量内存。
可以通过让负责人维护原发器状态历史记录来简化原发器代码。 负责人必须完整跟踪原发器的生命周期，这样才能销毁弃用的备忘录。
绝大部分动态编程语言（例如 PHP、Python 和 JavaScript）不能确保备忘录中的状态不被修改。

备忘录模式与「备份」的概念区别：

  • 这两者的应用场景很类似，都应用在防丢失、恢复、撤销等场景中。
  • 备忘录模式更侧重于代码的设计和实现；备份更侧重架构设计或产品设计。

使用「低频率全量备份」和「高频率增量备份」方式可以优化内存和时间消耗。

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相关的设计模式：

  • 站内文章命令模式：在使用命令模式处理命令时，可以使用备忘录模式实现撤销功能。
  • 站内文章原型模式：在备忘录模式中，为了能够实现快照和撤销功能，保存了对象当前的状态。保存的信息只是在恢复状态时所需要的那部分信息。而在原型模式中，会生成一个与当前实例完全相同的另外一个实例。这两个实例的内容完全一样。
  • 站内文章状态模式：在备忘录模式中，是用「实例」表示状态。而在状态模式中，则是用「类」表示状态。
  • 站内文章迭代器模式：可以同时使用备忘录和迭代器模式来获取当前迭代器的状态，并且在需要的时候进行回滚。

本文参考