摘要

備忘錄設計模式是一種行為型設計模式，用于在不破壞封裝性的前提下，捕獲對象的內部狀態并在需要時恢復。它包含三個關鍵角色：原發器（Originator）、備忘錄（Memento）和負責人（Caretaker）。該模式的優點包括保留對象狀態、支持回滾和易于實現撤銷/重做功能，但缺點是狀態快照可能占用大量內存且管理復雜。其結構可通過嵌套類或中間接口類圖表示，實現方式涉及原發器創建和恢復備忘錄、備忘錄存儲狀態、負責人保存和獲取備忘錄。適合用于需要撤銷/重做功能或頻繁保存狀態的場景，但當狀態變化不頻繁或內存受限時則不適合。實戰示例包括數據庫腳本、實體類和狀態保存與撤銷API。此外，該模式可與其他設計模式或技術結合使用，如狀態機模式、命令模式、責任鏈模式、原型模式、觀察者模式、策略模式、持久化機制和Spring AOP/注解。

1. 備忘錄設計模式定義

備忘錄設計模式（Memento Pattern） 是一種行為型設計模式，用于在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，并在以后需要時將其恢復到原先的狀態。

1.1. ? 關鍵角色

角色	說明
Originator	原發器，擁有內部狀態，需要保存快照并恢復自身狀態
Memento	備忘錄，存儲 Originator的內部狀態，通常是一個不可變對象
Caretaker	負責人，管理備忘錄的保存與恢復，但不訪問其內容

1.2. 優點：

• 保留對象狀態，支持回滾
• 不破壞封裝（狀態通過 Memento 管理）
• 易于實現撤銷/重做功能

1.3. 缺點：

• 狀態快照可能占用大量內存
• Caretaker 可能需要管理多個 Memento，帶來管理復雜性

2. 備忘錄設計模式結構

2.1. 基于嵌套類類圖

2.2. 基于中間接口類圖

2.3. 備忘錄時序圖

3. 備忘錄設計模式實現方式

備忘錄設計模式（Memento Pattern）實現方式的核心在于：在不破壞對象封裝性的前提下，捕獲并保存對象的內部狀態，以便之后可以將其恢復。

3.1. 🧩 Originator（原發器）：擁有狀態，負責創建和恢復備忘錄

public class Originator {private String state; // 需要保存的內部狀態public void setState(String state) {this.state = state;System.out.println("設置狀態為：" + state);}public String getState() {return state;}// 創建備忘錄public Memento saveStateToMemento() {return new Memento(state);}// 從備忘錄恢復狀態public void restoreStateFromMemento(Memento memento) {this.state = memento.getState();System.out.println("恢復狀態為：" + state);}
}

3.2. 🧩 Memento（備忘錄）：只暴露給 Originator，用于存儲狀態

public class Memento {private final String state;public Memento(String state) {this.state = state;}// 只有 Originator 使用protected String getState() {return state;}
}

3.3. 🧩 Caretaker（管理者）：負責保存、獲取備忘錄，但不操作內容

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Caretaker {private List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();// 添加備忘錄public void add(Memento memento) {mementoList.add(memento);}// 獲取某個備忘錄public Memento get(int index) {return mementoList.get(index);}
}

3.4. 🚀 使用示例（模擬狀態保存與恢復）

public class Client {public static void main(String[] args) {Originator originator = new Originator();Caretaker caretaker = new Caretaker();originator.setState("狀態 #1");originator.setState("狀態 #2");caretaker.add(originator.saveStateToMemento()); // 保存狀態2originator.setState("狀態 #3");caretaker.add(originator.saveStateToMemento()); // 保存狀態3originator.setState("狀態 #4");// 恢復狀態originator.restoreStateFromMemento(caretaker.get(0)); // 恢復到狀態2originator.restoreStateFromMemento(caretaker.get(1)); // 恢復到狀態3}
}

3.5. ? 備忘錄總結

組件	職責
Originator	負責創建和恢復備忘錄
Memento	存儲狀態（不可變對象）
Caretaker	管理多個備忘錄（可以是棧、隊列、列表）

3.6. ? 延伸使用（如 Spring 項目中）

你可以將備忘錄模式與：

• Spring 注解（如 @Service、@Component）
• 數據持久化（備忘錄入庫，支持長期存檔）
• REST 接口撤銷（如風控規則撤銷）
• 狀態機結合（狀態保存+回滾）

4. 備忘錄設計模式適合場景

4.1. ? 適合使用備忘錄模式的場景

場景	說明
? 撤銷操作（Undo/Redo）功能	比如文本編輯器、IDE、畫圖工具，用戶希望能夠一步步撤銷操作。
? 狀態快照與回滾	比如事務性系統、工作流、審批流、游戲存檔等，可以保存當前狀態，失敗時快速回滾。
? 風控策略、配置管理	在金融風控系統中，策略配置改動后，能夠恢復到某個時間點前的策略狀態。
? 狀態機狀態保存	和狀態機結合使用，記錄每個狀態變化的歷史，可實現狀態追溯。
? 臨時修改但可還原的場景	比如購物車中的臨時優惠應用、試算試驗。
? AI / 數據建模模擬	在做一系列模擬實驗時，需要保存中間狀態，方便比較或回退。

4.2. ? 不適合使用備忘錄模式的場景

場景	原因
? 狀態對象非常龐大或頻繁變動	會頻繁創建大量備份，造成內存/存儲負擔。例如大型圖像、視頻編輯。
? 備份數據無法或不允許暴露給外部	即使模式保證封裝性，有些敏感狀態如密鑰/隱私也不應被存儲。
? 狀態之間無明顯斷點或快照意義不大	比如高頻實時流系統，數據快速變化，快照意義小。
? 備份狀態對業務無價值	若狀態回滾從不發生，記錄也無實際意義，反而增加維護成本。
? 替代機制更適合	比如用數據庫的事務機制或版本控制系統就能解決的，不必使用設計模式實現復雜備份。

總結：備忘錄模式適用于“狀態可保存且可能需要還原”的對象，在撤銷、版本控制、配置管理等場景特別合適。

5. 備忘錄設計模式實戰示例

在風控系統中，用戶可配置規則，每次變更都自動保存歷史狀態，并支持「撤銷」功能。

5.1. ?? 數據庫腳本（rule_history.sql）

CREATE TABLE rule_config (id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,rule_code VARCHAR(64),rule_content TEXT,version INT,created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);CREATE TABLE rule_memento (id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,rule_id BIGINT,rule_content TEXT,version INT,saved_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

5.2. ?? 實體類

@Data
@Entity
@Table(name = "rule_config")
public class RuleConfig {@Id@GeneratedValueprivate Long id;private String ruleCode;private String ruleContent;private Integer version;
}

@Data
@Entity
@Table(name = "rule_memento")
public class RuleMemento {@Id@GeneratedValueprivate Long id;private Long ruleId;private String ruleContent;private Integer version;private Timestamp savedAt;
}

5.3. 🧠 備忘錄模式結構

5.3.1. 備忘錄（Memento）

public class RuleMementoSnapshot {private final String content;private final Integer version;public RuleMementoSnapshot(String content, Integer version) {this.content = content;this.version = version;}public String getContent() {return content;}public Integer getVersion() {return version;}
}

5.3.2. 發起人（Originator）

@Component
public class RuleOriginator {public RuleMementoSnapshot save(RuleConfig ruleConfig) {return new RuleMementoSnapshot(ruleConfig.getRuleContent(), ruleConfig.getVersion());}public void restore(RuleConfig ruleConfig, RuleMementoSnapshot snapshot) {ruleConfig.setRuleContent(snapshot.getContent());ruleConfig.setVersion(snapshot.getVersion());}
}

5.3.3. 負責人（Caretaker）

@Service
public class RuleHistoryService {@Autowiredprivate RuleMementoRepository mementoRepository;public void saveMemento(Long ruleId, RuleMementoSnapshot snapshot) {RuleMemento memento = new RuleMemento();memento.setRuleId(ruleId);memento.setRuleContent(snapshot.getContent());memento.setVersion(snapshot.getVersion());mementoRepository.save(memento);}public RuleMementoSnapshot getLastMemento(Long ruleId) {RuleMemento latest = mementoRepository.findTopByRuleIdOrderBySavedAtDesc(ruleId);return new RuleMementoSnapshot(latest.getRuleContent(), latest.getVersion());}
}

5.4. 💡 狀態保存與撤銷 API（Controller）

@RestController
@RequestMapping("/api/rule")
public class RuleController {@Autowired private RuleRepository ruleRepository;@Autowired private RuleHistoryService historyService;@Autowired private RuleOriginator originator;@PostMapping("/update")public ResponseEntity<String> updateRule(@RequestBody RuleConfig newRule) {RuleConfig old = ruleRepository.findById(newRule.getId()).orElseThrow();RuleMementoSnapshot snapshot = originator.save(old);historyService.saveMemento(old.getId(), snapshot);old.setRuleContent(newRule.getRuleContent());old.setVersion(old.getVersion() + 1);ruleRepository.save(old);return ResponseEntity.ok("規則已更新并記錄歷史");}@PostMapping("/undo/{ruleId}")public ResponseEntity<String> undo(@PathVariable Long ruleId) {RuleConfig rule = ruleRepository.findById(ruleId).orElseThrow();RuleMementoSnapshot lastSnapshot = historyService.getLastMemento(ruleId);originator.restore(rule, lastSnapshot);ruleRepository.save(rule);return ResponseEntity.ok("回滾成功");}
}

6. 備忘錄設計模式思考

備忘錄設計模式（Memento Pattern）在實際開發中往往不會單獨使用，而是與其他設計模式組合，以解決更復雜的狀態管理、回滾、撤銷等需求。下面是常見的組合方式和典型應用場景，尤其適合 金融風控、流程引擎、配置管理 等場景。

6.1. ? 備忘錄模式 + 狀態機模式（State Pattern）

組合說明：

• 狀態機負責管理狀態切換邏輯；
• 備忘錄負責保存每個狀態快照，實現狀態回滾/撤銷。

場景示例：

• 風控審批流程中，支持將任務狀態退回上一步。
• 訂單狀態（待支付 → 已支付 → 配送中）中用戶申請退款，需要回退到「待支付」。

6.2. ? 備忘錄模式 + 命令模式（Command Pattern）

組合說明：

• 命令封裝用戶操作；
• 備忘錄記錄執行前的狀態，實現 undo() 操作。

場景示例：

• 金融交易撤銷；
• 系統管理員修改風控規則，每次操作都可以回滾。

6.3. ? 備忘錄模式 + 責任鏈模式（Chain of Responsibility）

組合說明：

• 每個處理節點執行任務前記錄狀態；
• 執行失敗時利用備忘錄回滾上一步處理。

場景示例：

• 信貸審批流程，每個環節出錯需恢復上一次狀態。

6.4. ? 備忘錄模式 + 原型模式（Prototype Pattern）

組合說明：

• 使用原型的淺/深拷貝方式快速創建備忘錄對象；
• 提高狀態快照的創建效率。

場景示例：

• 在風險規則配置頁面修改參數時，使用深克隆構建快照并保存。

6.5. ? 備忘錄模式 + 觀察者模式（Observer Pattern）

組合說明：

• 狀態變化時通知觀察者；
• 備忘錄用于記錄狀態變化歷史。

場景示例：

• 配置變更通知下游服務，但允許撤銷恢復上一個配置。

6.6. ? 備忘錄模式 + 策略模式（Strategy Pattern）

組合說明：

• 策略負責計算/處理；
• 備忘錄記錄策略執行前后的狀態，便于結果回退。

場景示例：

• 多種風控策略組合決策后，若發現誤判，恢復上一次執行前的狀態。

6.7. ? 備忘錄模式 + 持久化機制（如 Repository、數據庫）

組合說明：

• 備忘錄對象不是只存在于內存，而是持久化保存（如 JSON 存庫）。
• 支持跨進程或長時間狀態恢復。

場景示例：

• 某條風控規則上線后的歷史版本備份，可通過后臺 UI 操作恢復。

6.8. ? 備忘錄模式 + Spring AOP/注解

組合說明：

• 使用注解（如 @MementoBackup）自動攔截方法；
• 在方法前后生成并記錄狀態快照，實現零侵入式回滾機制。

場景示例：

• Spring Boot 應用中，支持風控參數調整回滾功能，只需加注解即可。

6.9. 🧩 組合參考表

組合模式	典型作用	適用系統類型
狀態機	管理狀態轉換+回滾	審批系統、風控流程引擎
命令	操作封裝+撤銷	配置平臺、策略決策平臺
責任鏈	多環節狀態保護	風控引擎、流程引擎
原型	快速復制狀態	配置回滾、草稿管理
觀察者	狀態廣播+恢復	分布式配置中心
策略	策略組合+狀態對比	風控策略、限額控制
持久化	狀態歷史存檔	長期任務跟蹤系統
AOP/注解	自動化攔截/回滾	企業級 Spring 應用

博文參考