备忘录模式

备忘录模式，也叫快照（Snapshot）模式，英文翻译是 Memento Design Pattern，应用场景比较明确和有限，主要是用来防丢失、撤销、恢复等。定义为：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。

这个模式的定义主要表达了两部分内容：

• 第一部分：存储副本以便后期恢复
• 第二部分：要在不违背封装原则的前提下，进行对象的备份和恢复

问题是：

• 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？

例子

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。也就是：

>hello
>:list
hello
>world
>:list
helloworld
>:undo
>:list
hello

怎么实现呢？如下：

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.toString());
			} else if (input.equals(":undo")) {
				InputText snapshot = snapshotsHolder.popSnapshot();
				inputText.setText(snapshot.getText());
			} else {
				snapshotsHolder.pushSnapshot(inputText);
				inputText.append(input);
			}
		}
	}
}

实际上，备忘录模式的实现很灵活，也没有很固定的实现方式，在不同的业务需求、不同编程语言下，代码实现可能都不大一样。上面的代码基本上已经实现了最基本的备忘录的功能。但是，如果我们深究一下的话，还有一些问题要解决，那就是上面定义的第二点：要在不违背封装原则的前提下，进行对象的备份和恢复。而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。

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，备份更侧重于架构设计或者产品设计

如何优化内存和时间消耗

那如果要备份的对象数据比较大，备份频率又比较高，那快照占用的内存会比较大，备份和恢复的耗时就会比较长。这个问题该如何解决呢？

不同的应用场景下又不同的解决方法。比如，上例中应用场景是利用备忘录来实现撤销操作，而且仅仅支持顺序撤销，也就是说，每次操作只能撤销上一次的输入，不能跳过上次输入撤销之前的输入。在具有这样特点的应用场景下，为了节省内存，我们不需要在快照中存储完整的文本，只需要记录少量信息，比如在获取快照当下的文本长度，用这个值结合 InputText 类对象存储的文本来做撤销操作。

这里再举一个例子。假设每当有数据改动，我们都需要生成一个备份，以备之后恢复。如果需要备份的数据很大，这样高频率的备份，不管是对存储（内存或者硬盘）的消耗，还是对时间的消耗，都可能是无法接受的。想要解决这个问题，我们一般会采用“低频率全量备份”和“高频率增量备份”相结合的方法。

所谓的“全量备份”就是把所有的数据“拍个快照”保存下来，所谓的“增量备份”，指的是记录每次操作或数据变动。

当我们需要恢复到某一时间点的备份的时候，如果这一时间点有全量备份，我们直接拿来恢复就可以了。如果这一时间点没有对应的全量备份，我们就找到最近一次全量备份，然后用它来恢复，之后执行此次全量备份跟这一时间点之间的所有增量备份，也就是对应的操作或者数据变动，这样就能减少全量备份的数量和频率，减少对时间、内存的消耗。

总结

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。

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来源： https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/122343878