Memento 模式詳解
Memento（備忘錄）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，捕獲并外部化一個對象的內部狀態，以便在之后能夠將該對象恢復到原先保存的狀態。它廣泛應用于需要實現撤銷（Undo）、回滾、歷史記錄、快照機制等場景，如文本編輯器、圖形設計工具、游戲存檔系統、事務管理與配置回退。該模式通過將狀態的保存與恢復職責分離，保護了對象的封裝性，避免了將內部狀態暴露給外部調用者，是構建可維護、可恢復系統的重要技術手段。
一、Memento 模式的結構與核心角色
Memento 模式源于對“狀態保存-恢復”問題的抽象，屬于 GoF（Gang of Four）23 種經典設計模式之一。其核心思想是引入一個中間對象——備忘錄（Memento），作為原發器（Originator）狀態的容器，并由負責人（Caretaker）管理備忘錄的生命周期。該模式涉及三個關鍵角色：
- Originator（原發器）：需要被保存和恢復狀態的對象，如文檔、游戲角色或配置管理器。
- Memento（備忘錄）：存儲 Originator 內部狀態的快照對象，通常只允許 Originator 訪問其內容。
- Caretaker（負責人）：負責保存和管理 Memento 對象，但不能訪問其內部狀態。
這種職責分離確保了 Originator 的封裝性不被破壞，同時實現了狀態的歷史管理。其類結構關系如下圖所示：
Originator 創建 Memento 來保存當前狀態，Caretaker 負責存儲這些 Memento（如棧或列表），并在需要時交還給 Originator 進行恢復。
二、Memento 模式詳解
2.1 Originator（原發器）
Originator 是系統中需要支持狀態回退的核心對象。它包含業務數據和邏輯，例如一個文本編輯器中的文檔內容、一個游戲角色的生命值與位置等。Originator 提供 saveStateToMemento() 方法，用于創建一個包含當前狀態的 Memento 對象；同時提供 getStateFromMemento(Memento) 方法，用于從 Memento 中恢復狀態。關鍵在于，Memento 的構造函數通常由 Originator 調用，并傳入其私有狀態，從而保證狀態封裝性不被外部破壞。Originator 可以在狀態變化前主動保存快照，或響應外部請求進行恢復。
2.2 Memento（備忘錄）
Memento 是一個輕量級的數據載體，其主要職責是安全地保存 Originator 的內部狀態。它通常只提供一個讀取狀態的方法（如 getState()），而不允許外部修改。在強封裝要求下，Memento 的狀態字段為私有，且僅 Originator 可訪問——這可通過語言特性實現，如 Java 中的包級私有或友元類機制。Memento 本身不包含任何業務邏輯，僅作為狀態的“容器”。它可以支持序列化以便持久化存儲，或用于網絡傳輸實現遠程狀態恢復。由于 Memento 可能頻繁創建，需注意內存占用，必要時可結合對象池或壓縮機制優化。
2.3 Caretaker（負責人）
Caretaker 負責管理 Memento 的生命周期，但它不能也不應訪問 Memento 中的狀態內容。它通常將 Memento 存儲在集合中，如棧（用于實現撤銷/重做）、隊列（用于歷史記錄）或列表（用于快照管理）。Caretaker 根據操作序列調用 Originator 的保存方法獲取 Memento 并存儲；在用戶請求“撤銷”時，從集合中取出最近的 Memento 并交還給 Originator 進行恢復。Caretaker 與 Originator 解耦，使得狀態管理邏輯獨立于業務邏輯，提升了系統的模塊化程度。例如，一個通用的“命令歷史管理器”可作為 Caretaker，服務于多個不同類型的 Originator。
三、總結
以下表格對比了 Memento 模式中三個角色的職責與訪問權限：
| 角色 | 職責 | 是否可訪問 Memento 狀態 | 典型實現方式 |
|---|---|---|---|
| Originator | 創建、恢復狀態 | 是（唯一可讀取者） | 提供 save/get 方法 |
| Memento | 存儲狀態快照 | 自身可讀，外部不可寫 | 私有狀態 + 只讀接口 |
| Caretaker | 管理 Memento 生命周期 | 否（僅持有引用） | 棧、列表、隊列存儲 |
Memento 模式通過這種嚴格的訪問控制，實現了封裝性與可恢復性的統一。它適用于任何需要狀態快照的場景，尤其在交互式系統中價值顯著。
架構師洞見：
Memento 模式不僅是實現撤銷功能的技術工具，更是構建可觀察、可回滾、可調試系統的架構基礎。在微服務與事件溯源（Event Sourcing）架構中，其思想被進一步擴展：每個狀態變更作為事件記錄，系統可通過重放事件流恢復任意歷史狀態——這本質上是 Memento 模式的時序化與持久化演進。現代系統中，Memento 常與 Command 模式結合，形成“命令-備忘錄”對，支持多級撤銷與事務回滾。未來，隨著 AI 驅動的自動回退與異常修復需求增長，Memento 模式將向智能化、輕量化與分布式快照方向發展。架構師應重視狀態管理的設計，避免將“臨時狀態”與“持久狀態”混雜，確保系統具備良好的可恢復性與運維能力。
