备忘录模式（详解版）

思考并回答以下问题：

每个人都有犯错误的时候，都希望有种“后悔药”能弥补自己的过失，让自己重新开始，但现实是残酷的。在计算机应用中，客户同样会常常犯错误，能否提供“后悔药”给他们呢？当然是可以的，而且是有必要的。这个功能由“备忘录模式”来实现。

其实很多应用软件都提供了这项功能，如 Word、记事本、Photoshop、Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键时能撤销当前操作，使文档恢复到之前的状态；还有在 IE 中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。

备忘录模式能记录一个对象的内部状态，当用户后悔时能撤销当前操作，使数据恢复到它原先的状态。
模式的定义与特点
备忘录（Memento）模式的定义：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。该模式又叫快照模式。

备忘录模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。
提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。
实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外，其他对象都不能够访问这些状态信息。
简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份，所有状态信息都保存在备忘录中，并由管理者进行管理，这符合单一职责原则。

其主要缺点是：资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁，将会占用比较大的内存资源。
模式的结构与实现
备忘录模式的核心是设计备忘录类以及用于管理备忘录的管理者类，现在我们来学习其结构与实现。

1. 模式的结构
   备忘录模式的主要角色如下。
   发起人（Originator）角色：记录当前时刻的内部状态信息，提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能，实现其他业务功能，它可以访问备忘录里的所有信息。
   备忘录（Memento）角色：负责存储发起人的内部状态，在需要的时候提供这些内部状态给发起人。
   管理者（Caretaker）角色：对备忘录进行管理，提供保存与获取备忘录的功能，但其不能对备忘录的内容进行访问与修改。

备忘录模式的结构图如图 1 所示。

备忘录模式的结构图
图1 备忘录模式的结构图

1. 模式的实现
   备忘录模式的实现代码如下：

   package memento;
   public class MementoPattern
   {
       public static void main(String[] args)
       {
           Originator or=new Originator();
           Caretaker cr=new Caretaker();       
           or.setState("S0"); 
           System.out.println("初始状态:"+or.getState());           
           cr.setMemento(or.createMemento()); //保存状态      
           or.setState("S1"); 
           System.out.println("新的状态:"+or.getState());        
           or.restoreMemento(cr.getMemento()); //恢复状态
           System.out.println("恢复状态:"+or.getState());
       }
   }
   //备忘录
   class Memento
   { 
       private String state; 
       public Memento(String state)
       { 
           this.state=state; 
       }     
       public void setState(String state)
       { 
           this.state=state; 
       }
       public String getState()
       { 
           return state; 
       }
   }
   //发起人
   class Originator
   { 
       private String state;     
       public void setState(String state)
       { 
           this.state=state; 
       }
       public String getState()
       { 
           return state; 
       }
       public Memento createMemento()
       { 
           return new Memento(state); 
       } 
       public void restoreMemento(Memento m)
       { 
           this.setState(m.getState()); 
       } 
   }
   //管理者
   class Caretaker
   { 
       private Memento memento;       
       public void setMemento(Memento m)
       { 
           memento=m; 
       }
       public Memento getMemento()
       { 
           return memento; 
       }
   }

程序运行的结果如下：
初始状态:S0
新的状态:S1
恢复状态:S0
模式的应用实例
【例1】利用备忘录模式设计相亲游戏。

分析：假如有西施、王昭君、貂蝉、杨玉环四大美女同你相亲，你可以选择其中一位作为你的爱人；当然，如果你对前面的选择不满意，还可以重新选择，但希望你不要太花心；这个游戏提供后悔功能，用“备忘录模式”设计比较合适（点此下载所要显示的四大美女的图片）。

首先，先设计一个美女（Girl）类，它是备忘录角色，提供了获取和存储美女信息的功能；然后，设计一个相亲者（You）类，它是发起人角色，它记录当 前时刻的内部状态信息（临时妻子的姓名），并提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能；最后，定义一个美女栈（GirlStack）类，它是管理者角色，负责对备忘录进行管理，用于保存相亲者（You）前面选过的美女信息，不过最多只能保存 4 个，提供后悔功能。

客户类设计成窗体程序，它包含美女栈（GirlStack）对象和相亲者（You）对象，它实现了 ActionListener 接口的事件处理方法 actionPerformed(ActionEvent e)，并将 4 大美女图像和相亲者（You）选择的美女图像在窗体中显示出来。图 2 所示是其结构图。

相亲游戏的结构图
图2 相亲游戏的结构图

程序代码如下：

package memento;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
public class DatingGame
{
    public static void main(String[] args)
    {
        new DatingGameWin();
    }
}
//客户窗体类
class DatingGameWin extends JFrame implements ActionListener
{
    private static final long serialVersionUID=1L;   
    JPanel CenterJP,EastJP;
    JRadioButton girl1,girl2,girl3,girl4;
    JButton button1,button2;
    String FileName;
    JLabel g;
    You you;
    GirlStack girls;
    DatingGameWin()
    {
        super("利用备忘录模式设计相亲游戏");
        you=new You();
        girls=new GirlStack();       
        this.setBounds(0,0,900,380);            
        this.setResizable(false);
        FileName="src/memento/Photo/四大美女.jpg";   
        g=new JLabel(new ImageIcon(FileName),JLabel.CENTER);
        CenterJP=new JPanel();
        CenterJP.setLayout(new GridLayout(1,4));
        CenterJP.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("四大美女如下："));
        CenterJP.add(g);   
        this.add("Center",CenterJP);
        EastJP=new JPanel();
        EastJP.setLayout(new GridLayout(1,1));
        EastJP.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("您选择的爱人是："));
        this.add("East",EastJP);
        JPanel SouthJP=new JPanel();      
        JLabel info=new JLabel("四大美女有“沉鱼落雁之容、闭月羞花之貌”，您选择谁？");
        girl1=new JRadioButton("西施",true);
        girl2=new JRadioButton("貂蝉");
        girl3=new JRadioButton("王昭君");       
        girl4=new JRadioButton("杨玉环");
        button1=new JButton("确定");
        button2=new JButton("返回");
        ButtonGroup group=new ButtonGroup();
        group.add(girl1);
        group.add(girl2);
        group.add(girl3);
        group.add(girl4);
        SouthJP.add(info);
        SouthJP.add(girl1);
        SouthJP.add(girl2);
        SouthJP.add(girl3);
        SouthJP.add(girl4);
        SouthJP.add(button1);
        SouthJP.add(button2);
        button1.addActionListener(this);
        button2.addActionListener(this);
        this.add("South",SouthJP);        
        showPicture("空白");
        you.setWife("空白");
        girls.push(you.createMemento());    //保存状态
    }
    //显示图片
    void showPicture(String name)
    {
        EastJP.removeAll(); //清除面板内容
        EastJP.repaint(); //刷新屏幕
        you.setWife(name);        
        FileName="src/memento/Photo/"+name+".jpg";               
        g=new JLabel(new ImageIcon(FileName),JLabel.CENTER);                   
        EastJP.add(g);
        this.setVisible(true);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);            
    }
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e)
    {
        boolean ok=false;
        if(e.getSource()==button1)
        {
            ok=girls.push(you.createMemento());    //保存状态  
            if(ok && girl1.isSelected())
            {
                showPicture("西施");
            }
            else if(ok && girl2.isSelected())
            {
                showPicture("貂蝉");
            }
            else if(ok && girl3.isSelected())
            {
                showPicture("王昭君");
            }
            else if(ok && girl4.isSelected())
            {
                showPicture("杨玉环");
            }               
        }
        else if(e.getSource()==button2)
        {
            you.restoreMemento(girls.pop()); //恢复状态
            showPicture(you.getWife());
        }
    }
}
//备忘录：美女
class Girl
{ 
  private String name;
  public Girl(String name)
  { 
      this.name=name; 
  }     
  public void setName(String name)
  { 
      this.name=name; 
  }
  public String getName()
  { 
      return name; 
  }
}
//发起人：您
class You
{ 
    private String wifeName;    //妻子
    public void setWife(String name)
    { 
        wifeName=name; 
    }
    public String getWife()
    { 
        return wifeName; 
    }
    public Girl createMemento()
    { 
        return new Girl(wifeName); 
    }
    public void restoreMemento(Girl p)
    { 
        setWife(p.getName());
    } 
}
//管理者：美女栈
class GirlStack
{ 
    private Girl girl[];
    private int top;
    GirlStack()
    {
        girl=new Girl[5];
        top=-1;
    }
    public boolean push(Girl p)
    {
        if(top>=4)
        {
            System.out.println("你太花心了，变来变去的！");
            return false;
        }
        else
        {
            girl[++top]=p;
            return true;
        }
    }
    public Girl pop()
    {
        if(top<=0)
        {
            System.out.println("美女栈空了！");
            return girl[0];
        }
        else return girl[top--]; 
    }
}

程序运行结果如图 3 所示。

相亲游戏的运行结果
图3 相亲游戏的运行结果（点此查看原图）
模式的应用场景
前面学习了备忘录模式的定义与特点、结构与实现，现在来看该模式的以下应用场景。
需要保存与恢复数据的场景，如玩游戏时的中间结果的存档功能。
需要提供一个可回滚操作的场景，如 Word、记事本、Photoshop，Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键，还有数据库中事务操作。
模式的扩展
在前面介绍的备忘录模式中，有单状态备份的例子，也有多状态备份的例子。下面介绍备忘录模式如何同原型模式混合使用。在备忘录模式中，通过定义“备忘录”来备份“发起人”的信息，而原型模式的 clone() 方法具有自备份功能，所以，如果让发起人实现 Cloneable 接口就有备份自己的功能，这时可以删除备忘录类，其结构图如图 4 所示。

带原型的备忘录模式的结构图
图4 带原型的备忘录模式的结构图

实现代码如下：

package memento;
public class PrototypeMemento
{
    public static void main(String[] args)
    {
        OriginatorPrototype or=new OriginatorPrototype();
        PrototypeCaretaker cr=new PrototypeCaretaker();       
        or.setState("S0"); 
        System.out.println("初始状态:"+or.getState());           
        cr.setMemento(or.createMemento()); //保存状态      
        or.setState("S1"); 
        System.out.println("新的状态:"+or.getState());        
        or.restoreMemento(cr.getMemento()); //恢复状态
        System.out.println("恢复状态:"+or.getState());
    }
}
//发起人原型
class OriginatorPrototype  implements Cloneable
{ 
    private String state;     
    public void setState(String state)
    { 
        this.state=state; 
    }
    public String getState()
    { 
        return state; 
    }
    public OriginatorPrototype createMemento()
    { 
        return this.clone(); 
    } 
    public void restoreMemento(OriginatorPrototype opt)
    { 
        this.setState(opt.getState()); 
    }
    public OriginatorPrototype clone()
    {
        try
        {
            return (OriginatorPrototype) super.clone();
        }
        catch(CloneNotSupportedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}
//原型管理者
class PrototypeCaretaker
{ 
    private OriginatorPrototype opt;       
    public void setMemento(OriginatorPrototype opt)
    { 
        this.opt=opt; 
    }
    public OriginatorPrototype getMemento()
    { 
        return opt; 
    }
}

程序的运行结果如下：
初始状态:S0
新的状态:S1
恢复状态:S0