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一、基礎實現結構

1. 角色定義與代碼骨架
   備忘錄模式包含三個核心角色，其協作關系如下：

• Originator（發起人）：需保存/恢復狀態的對象，負責創建和使用備忘錄。
• Memento（備忘錄）：存儲發起人狀態的載體，通常設計為不可變類。
• Caretaker（管理者）：管理備忘錄對象，不操作其內容。
  代碼示例（文本編輯器場景）：

// 發起人：文本編輯器
public class Editor {private String content;// 創建備忘錄public Memento save() {return new Memento(this.content);}// 從備忘錄恢復狀態public void restore(Memento memento) {this.content = memento.getState();}
}
// 備忘錄：存儲狀態
public class Memento {private final String state;  // 不可變狀態public Memento(String state) { this.state = state; }public String getState() { return state; }
}
// 管理者：保存備忘錄列表
public class History {private List mementos = new ArrayList<>();public void add(Memento memento) { mementos.add(memento); }public Memento get(int index) { return mementos.get(index); }
}

2. 狀態保存與恢復流程

// 客戶端調用示例
Editor editor = new Editor();
History history = new History();
editor.setContent("Initial text");
history.add(editor.save());  // 保存狀態1
editor.setContent("Modified text");
history.add(editor.save());  // 保存狀態2
// 恢復到狀態1
editor.restore(history.get(0));
System.out.println(editor.getContent());  // 輸出：Initial text

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二、高級實現技巧

1. 封裝性優化

• 黑箱實現：將Memento作為Originator的內部類，限制外部訪問。

  public class Editor {private String content;// 內部類備忘錄public class EditorMemento {private final String state;private EditorMemento() { this.state = content; }  // 僅內部可訪問}public EditorMemento save() { return new EditorMemento(); }
  }
  

• 窄接口與寬接口：通過包級私有訪問控制，僅允許Originator讀取Memento內部狀態。

2. 多狀態管理
   使用棧結構實現撤銷/重做功能：

public class History {private Stack undoStack = new Stack<>();private Stack redoStack = new Stack<>();public void push(Memento memento) { undoStack.push(memento); }public Memento undo() { return undoStack.pop(); }public void redo(Memento memento) { redoStack.push(memento); }
}

3. 資源優化

• 增量存儲：僅保存狀態差異而非全量數據。
• 序列化：通過Serializable接口持久化備忘錄至文件或數據庫。

  // 發起人支持序列化
  public class SerializableOriginator extends Originator implements Serializable {private String state;// 實現序列化邏輯
  }
  

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三、實際應用示例

1. 游戲存檔系統

// 發起人：游戲角色
public class Gamer {private int level;private Inventory items;public GamerMemento save() {return new GamerMemento(level, items.clone());}public void restore(GamerMemento memento) {this.level = memento.getLevel();this.items = memento.getItems();}// 備忘錄類（內部類）public static class GamerMemento {private final int level;private final Inventory items;// 構造函數與Getter}
}

2. 數據庫事務回滾

public class DatabaseTransaction {private TableData originalData;public TransactionMemento snapshot() {return new TransactionMemento(originalData.clone());}public void rollback(TransactionMemento memento) {this.originalData = memento.getData();}
}

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四、測試與調試

1. 單元測試要點

• 狀態一致性驗證：使用斷言檢查恢復后的狀態是否與預期一致。

  assertEquals("Initial text", editor.getContent());
  

• 異常場景測試：模擬空備忘錄或非法恢復操作。

  assertThrows(IllegalStateException.class, () -> editor.restore(null));
  

2. 性能監控

• 內存占用分析：通過Profiler工具監控備忘錄對象的數量與大小。
• 優化策略：限制備忘錄歷史數量（如僅保存最近10個狀態）。

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五、常見問題與解決方案

問題	解決方案
內存溢出	使用LRU算法淘汰舊備忘錄，或采用增量存儲。
狀態不一致	確保Memento不可變，避免外部修改。
跨會話恢復失敗	將備忘錄序列化至持久化存儲（如文件或數據庫）。

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六、總結

備忘錄模式通過狀態快照與封裝隔離機制，為撤銷、回滾等場景提供了靈活的解決方案。實現時需注重：

1. 職責分離：明確Originator、Memento、Caretaker的邊界。
2. 資源管理：根據場景選擇內存存儲或持久化方案。
3. 封裝性保護：通過內部類或訪問控制限制備忘錄訪問。
   該模式廣泛應用于編輯器、游戲、數據庫等領域，是實現無副作用狀態管理的核心工具。