备忘录模式的原理与实现
备忘录模式，也叫快照（Snapshot）模式，英文翻译是 Memento Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》一书中，备忘录模式是这么定义的：
Captures and externalizes an object’s internal state so that it can be restored later, all without violating encapsulation.
翻译成中文就是：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。
为什么存储和恢复副本会违背封装原则？ 备忘录模式是如何做到不违背封装原则的？
假设有这样一道面试题，希望你编写一个小程序，可以接收命令行的输入。用户输入文本时，程序将其追加存储在内存文本中；用户输入“:list”，程序在命令行中输出内存文本的内容；用户输入“:undo”，程序会撤销上一次输入的文本，也就是从内存文本中将上次输入的文本删除掉。我举了个小例子来解释一下这个需求，如下所示：
代码语言：javascript复制>hello
>:list
hello
>world
>:list
helloworld
>:undo
>:list
hello怎么来编程实现呢？你可以打开 IDE 自己先试着编写一下，然后再看我下面的讲解。整体上来讲，这个小程序实现起来并不复杂。我写了一种实现思路，如下所示：
代码语言：javascript复制public class InputText {
private StringBuilder text = new StringBuilder();
public String getText() {
return text.toString();
}
public void append(String input) {
text.append(input);
}
public void setText(String text) {
this.text.replace(0, this.text.length(), text);
}
}
public class SnapshotHolder {
private Stack<InputText> snapshots = new Stack<>();
public InputText popSnapshot() {
return snapshots.pop();
}
public void pushSnapshot(InputText inputText) {
InputText deepClonedInputText = new InputText();
deepClonedInputText.setText(inputText.getText());
snapshots.push(deepClonedInputText);
}
}
public class ApplicationMain {
public static void main(String[] args) {
InputText inputText = new InputText();
SnapshotHolder snapshotsHolder = new SnapshotHolder();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNext()) {
String input = scanner.next();
if (input.equals(":list")) {
System.out.println(inputText.getText());
} else if (input.equals(":undo")) {
InputText snapshot = snapshotsHolder.popSnapshot();
inputText.setText(snapshot.getText());
} else {
snapshotsHolder.pushSnapshot(inputText);
inputText.append(input);
}
}
}
}上面的代码并不满足这一点，主要体现在下面两方面：
- 第一，为了能用快照恢复 InputText 对象，我们在 InputText 类中定义了 setText() 函数，但这个函数有可能会被其他业务使用，所以，暴露不应该暴露的函数违背了封装原则；
- 第二，快照本身是不可变的，理论上讲，不应该包含任何 set() 等修改内部状态的函数，但在上面的代码实现中，“快照“这个业务模型复用了 InputText 类的定义，而 InputText 类本身有一系列修改内部状态的函数，所以，用 InputText 类来表示快照违背了封装原则。
针对以上问题，我们对代码做两点修改。其一，定义一个独立的类（Snapshot 类）来表示快照，而不是复用 InputText 类。这个类只暴露 get() 方法，没有 set() 等任何修改内部状态的方法。其二，在 InputText 类中，我们把 setText() 方法重命名为 restoreSnapshot() 方法，用意更加明确，只用来恢复对象。
按照这个思路，我们对代码进行重构。重构之后的代码如下所示：
代码语言：javascript复制public class InputText {
private StringBuilder text = new StringBuilder();
public String getText() {
return text.toString();
}
public void append(String input) {
text.append(input);
}
public Snapshot createSnapshot() {
return new Snapshot(text.toString());
}
public void restoreSnapshot(Snapshot snapshot) {
this.text.replace(0, this.text.length(), snapshot.getText());
}
}
public class Snapshot {
private String text;
public Snapshot(String text) {
this.text = text;
}
public String getText() {
return this.text;
}
}
public class SnapshotHolder {
private Stack<Snapshot> snapshots = new Stack<>();
public Snapshot popSnapshot() {
return snapshots.pop();
}
public void pushSnapshot(Snapshot snapshot) {
snapshots.push(snapshot);
}
}
public class ApplicationMain {
public static void main(String[] args) {
InputText inputText = new InputText();
SnapshotHolder snapshotsHolder = new SnapshotHolder();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNext()) {
String input = scanner.next();
if (input.equals(":list")) {
System.out.println(inputText.toString());
} else if (input.equals(":undo")) {
Snapshot snapshot = snapshotsHolder.popSnapshot();
inputText.restoreSnapshot(snapshot);
} else {
snapshotsHolder.pushSnapshot(inputText.createSnapshot());
inputText.append(input);
}
}
}
}实际上，上面的代码实现就是典型的备忘录模式的代码实现，也是很多书籍（包括 GoF 的《设计模式》）中给出的实现方法。
除了备忘录模式，还有一个跟它很类似的概念，“备份”，它在我们平时的开发中更常听到。那备忘录模式跟“备份”有什么区别和联系呢？实际上，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。它们的区别在于，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。这个不难理解，这里我就不多说了。
重点回顾
备忘录模式也叫快照模式，具体来说，就是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。这个模式的定义表达了两部分内容：一部分是，存储副本以便后期恢复；另一部分是，要在不违背封装原则的前提下，进行对象的备份和恢复。
备忘录模式的应用场景也比较明确和有限，主要是用来防丢失、撤销、恢复等。它跟平时我们常说的“备份”很相似。两者的主要区别在于，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。
对于大对象的备份来说，备份占用的存储空间会比较大，备份和恢复的耗时会比较长。针对这个问题，不同的业务场景有不同的处理方式。比如，只备份必要的恢复信息，结合最新的数据来恢复；再比如，全量备份和增量备份相结合，低频全量备份，高频增量备份，两者结合来做恢复。
参考
设计模式之美设计模式代码重构-极客时间 https://time.geekbang.org/column/intro/250
