备忘录模式(详解版)
每个人都有犯错误的时候,都希望有种“后悔药”能弥补自己的过失,让自己重新开始,但现实是残酷的。在计算机应用中,客户同样会常常犯错误,能否提供“后悔药”给他们呢?当然是可以的,而且是有必要的。这个功能由“备忘录模式”来实现。
其实很多应用软件都提供了这项功能,如 Word、记事本、Photoshop、Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键时能撤销当前操作,使文档恢复到之前的状态;还有在 IE 中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。
备忘录模式能记录一个对象的内部状态,当用户后悔时能撤销当前操作,使数据恢复到它原先的状态。
备忘录模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。
其主要缺点是:资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁,将会占用比较大的内存资源。
备忘录模式的结构图如图 1 所示。
图1 备忘录模式的结构图
程序运行的结果如下:
分析:假如有西施、王昭君、貂蝉、杨玉环四大美女同你相亲,你可以选择其中一位作为你的爱人;当然,如果你对前面的选择不满意,还可以重新选择,但希望你不要太花心;这个游戏提供后悔功能,用“备忘录模式”设计比较合适(点此下载所要显示的四大美女的图片)。
首先,先设计一个美女(Girl)类,它是备忘录角色,提供了获取和存储美女信息的功能;然后,设计一个相亲者(You)类,它是发起人角色,它记录当 前时刻的内部状态信息(临时妻子的姓名),并提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能;最后,定义一个美女栈(GirlStack)类,它是管理者角色,负责对备忘录进行管理,用于保存相亲者(You)前面选过的美女信息,不过最多只能保存 4 个,提供后悔功能。
客户类设计成窗体程序,它包含美女栈(GirlStack)对象和相亲者(You)对象,它实现了 ActionListener 接口的事件处理方法 actionPerformed(ActionEvent e),并将 4 大美女图像和相亲者(You)选择的美女图像在窗体中显示出来。图 2 所示是其结构图。
图2 相亲游戏的结构图
程序代码如下:
程序运行结果如图 3 所示。
图4 带原型的备忘录模式的结构图
实现代码如下:
程序的运行结果如下:
其实很多应用软件都提供了这项功能,如 Word、记事本、Photoshop、Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键时能撤销当前操作,使文档恢复到之前的状态;还有在 IE 中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。
备忘录模式能记录一个对象的内部状态,当用户后悔时能撤销当前操作,使数据恢复到它原先的状态。
模式的定义与特点
备忘录(Memento)模式的定义:在不破坏封装性的前提下,捕获一个对象的内部状态,并在该对象之外保存这个状态,以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。该模式又叫快照模式。备忘录模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。
- 提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。
- 实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外,其他对象都不能够访问这些状态信息。
- 简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份,所有状态信息都保存在备忘录中,并由管理者进行管理,这符合单一职责原则。
其主要缺点是:资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁,将会占用比较大的内存资源。
模式的结构与实现
备忘录模式的核心是设计备忘录类以及用于管理备忘录的管理者类,现在我们来学习其结构与实现。1. 模式的结构
备忘录模式的主要角色如下。- 发起人(Originator)角色:记录当前时刻的内部状态信息,提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能,实现其他业务功能,它可以访问备忘录里的所有信息。
- 备忘录(Memento)角色:负责存储发起人的内部状态,在需要的时候提供这些内部状态给发起人。
- 管理者(Caretaker)角色:对备忘录进行管理,提供保存与获取备忘录的功能,但其不能对备忘录的内容进行访问与修改。
备忘录模式的结构图如图 1 所示。
图1 备忘录模式的结构图
2. 模式的实现
备忘录模式的实现代码如下:package memento; public class MementoPattern { public static void main(String[] args) { Originator or=new Originator(); Caretaker cr=new Caretaker(); or.setState("S0"); System.out.println("初始状态:"+or.getState()); cr.setMemento(or.createMemento()); //保存状态 or.setState("S1"); System.out.println("新的状态:"+or.getState()); or.restoreMemento(cr.getMemento()); //恢复状态 System.out.println("恢复状态:"+or.getState()); } } //备忘录 class Memento { private String state; public Memento(String state) { this.state=state; } public void setState(String state) { this.state=state; } public String getState() { return state; } } //发起人 class Originator { private String state; public void setState(String state) { this.state=state; } public String getState() { return state; } public Memento createMemento() { return new Memento(state); } public void restoreMemento(Memento m) { this.setState(m.getState()); } } //管理者 class Caretaker { private Memento memento; public void setMemento(Memento m) { memento=m; } public Memento getMemento() { return memento; } }
程序运行的结果如下:
初始状态:S0 新的状态:S1 恢复状态:S0
模式的应用实例
【例1】利用备忘录模式设计相亲游戏。分析:假如有西施、王昭君、貂蝉、杨玉环四大美女同你相亲,你可以选择其中一位作为你的爱人;当然,如果你对前面的选择不满意,还可以重新选择,但希望你不要太花心;这个游戏提供后悔功能,用“备忘录模式”设计比较合适(点此下载所要显示的四大美女的图片)。
首先,先设计一个美女(Girl)类,它是备忘录角色,提供了获取和存储美女信息的功能;然后,设计一个相亲者(You)类,它是发起人角色,它记录当 前时刻的内部状态信息(临时妻子的姓名),并提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能;最后,定义一个美女栈(GirlStack)类,它是管理者角色,负责对备忘录进行管理,用于保存相亲者(You)前面选过的美女信息,不过最多只能保存 4 个,提供后悔功能。
客户类设计成窗体程序,它包含美女栈(GirlStack)对象和相亲者(You)对象,它实现了 ActionListener 接口的事件处理方法 actionPerformed(ActionEvent e),并将 4 大美女图像和相亲者(You)选择的美女图像在窗体中显示出来。图 2 所示是其结构图。
图2 相亲游戏的结构图
程序代码如下:
package memento; import java.awt.GridLayout; import java.awt.event.*; import javax.swing.*; public class DatingGame { public static void main(String[] args) { new DatingGameWin(); } } //客户窗体类 class DatingGameWin extends JFrame implements ActionListener { private static final long serialVersionUID=1L; JPanel CenterJP,EastJP; JRadioButton girl1,girl2,girl3,girl4; JButton button1,button2; String FileName; JLabel g; You you; GirlStack girls; DatingGameWin() { super("利用备忘录模式设计相亲游戏"); you=new You(); girls=new GirlStack(); this.setBounds(0,0,900,380); this.setResizable(false); FileName="src/memento/Photo/四大美女.jpg"; g=new JLabel(new ImageIcon(FileName),JLabel.CENTER); CenterJP=new JPanel(); CenterJP.setLayout(new GridLayout(1,4)); CenterJP.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("四大美女如下:")); CenterJP.add(g); this.add("Center",CenterJP); EastJP=new JPanel(); EastJP.setLayout(new GridLayout(1,1)); EastJP.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("您选择的爱人是:")); this.add("East",EastJP); JPanel SouthJP=new JPanel(); JLabel info=new JLabel("四大美女有“沉鱼落雁之容、闭月羞花之貌”,您选择谁?"); girl1=new JRadioButton("西施",true); girl2=new JRadioButton("貂蝉"); girl3=new JRadioButton("王昭君"); girl4=new JRadioButton("杨玉环"); button1=new JButton("确定"); button2=new JButton("返回"); ButtonGroup group=new ButtonGroup(); group.add(girl1); group.add(girl2); group.add(girl3); group.add(girl4); SouthJP.add(info); SouthJP.add(girl1); SouthJP.add(girl2); SouthJP.add(girl3); SouthJP.add(girl4); SouthJP.add(button1); SouthJP.add(button2); button1.addActionListener(this); button2.addActionListener(this); this.add("South",SouthJP); showPicture("空白"); you.setWife("空白"); girls.push(you.createMemento()); //保存状态 } //显示图片 void showPicture(String name) { EastJP.removeAll(); //清除面板内容 EastJP.repaint(); //刷新屏幕 you.setWife(name); FileName="src/memento/Photo/"+name+".jpg"; g=new JLabel(new ImageIcon(FileName),JLabel.CENTER); EastJP.add(g); this.setVisible(true); this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); } @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { boolean ok=false; if(e.getSource()==button1) { ok=girls.push(you.createMemento()); //保存状态 if(ok && girl1.isSelected()) { showPicture("西施"); } else if(ok && girl2.isSelected()) { showPicture("貂蝉"); } else if(ok && girl3.isSelected()) { showPicture("王昭君"); } else if(ok && girl4.isSelected()) { showPicture("杨玉环"); } } else if(e.getSource()==button2) { you.restoreMemento(girls.pop()); //恢复状态 showPicture(you.getWife()); } } } //备忘录:美女 class Girl { private String name; public Girl(String name) { this.name=name; } public void setName(String name) { this.name=name; } public String getName() { return name; } } //发起人:您 class You { private String wifeName; //妻子 public void setWife(String name) { wifeName=name; } public String getWife() { return wifeName; } public Girl createMemento() { return new Girl(wifeName); } public void restoreMemento(Girl p) { setWife(p.getName()); } } //管理者:美女栈 class GirlStack { private Girl girl[]; private int top; GirlStack() { girl=new Girl[5]; top=-1; } public boolean push(Girl p) { if(top>=4) { System.out.println("你太花心了,变来变去的!"); return false; } else { girl[++top]=p; return true; } } public Girl pop() { if(top<=0) { System.out.println("美女栈空了!"); return girl[0]; } else return girl[top--]; } }
程序运行结果如图 3 所示。
模式的应用场景
前面学习了备忘录模式的定义与特点、结构与实现,现在来看该模式的以下应用场景。- 需要保存与恢复数据的场景,如玩游戏时的中间结果的存档功能。
- 需要提供一个可回滚操作的场景,如 Word、记事本、Photoshop,Eclipse 等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键,还有数据库中事务操作。
模式的扩展
在前面介绍的备忘录模式中,有单状态备份的例子,也有多状态备份的例子。下面介绍备忘录模式如何同原型模式混合使用。在备忘录模式中,通过定义“备忘录”来备份“发起人”的信息,而原型模式的 clone() 方法具有自备份功能,所以,如果让发起人实现 Cloneable 接口就有备份自己的功能,这时可以删除备忘录类,其结构图如图 4 所示。图4 带原型的备忘录模式的结构图
实现代码如下:
package memento; public class PrototypeMemento { public static void main(String[] args) { OriginatorPrototype or=new OriginatorPrototype(); PrototypeCaretaker cr=new PrototypeCaretaker(); or.setState("S0"); System.out.println("初始状态:"+or.getState()); cr.setMemento(or.createMemento()); //保存状态 or.setState("S1"); System.out.println("新的状态:"+or.getState()); or.restoreMemento(cr.getMemento()); //恢复状态 System.out.println("恢复状态:"+or.getState()); } } //发起人原型 class OriginatorPrototype implements Cloneable { private String state; public void setState(String state) { this.state=state; } public String getState() { return state; } public OriginatorPrototype createMemento() { return this.clone(); } public void restoreMemento(OriginatorPrototype opt) { this.setState(opt.getState()); } public OriginatorPrototype clone() { try { return (OriginatorPrototype) super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); } return null; } } //原型管理者 class PrototypeCaretaker { private OriginatorPrototype opt; public void setMemento(OriginatorPrototype opt) { this.opt=opt; } public OriginatorPrototype getMemento() { return opt; } }
程序的运行结果如下:
初始状态:S0 新的状态:S1 恢复状态:S0
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