设计模式——备忘录设计模式（行为型）

摘要

备忘录设计模式是一种行为型设计模式，用于在不破坏封装性的前提下，捕获对象的内部状态并在需要时恢复。它包含三个关键角色：原发器（Originator）、备忘录（Memento）和负责人（Caretaker）。该模式的优点包括保留对象状态、支持回滚和易于实现撤销/重做功能，但缺点是状态快照可能占用大量内存且管理复杂。其结构可通过嵌套类或中间接口类图表示，实现方式涉及原发器创建和恢复备忘录、备忘录存储状态、负责人保存和获取备忘录。适合用于需要撤销/重做功能或频繁保存状态的场景，但当状态变化不频繁或内存受限时则不适合。实战示例包括数据库脚本、实体类和状态保存与撤销API。此外，该模式可与其他设计模式或技术结合使用，如状态机模式、命令模式、责任链模式、原型模式、观察者模式、策略模式、持久化机制和Spring AOP/注解。

1. 备忘录设计模式定义

备忘录设计模式（Memento Pattern） 是一种行为型设计模式，用于在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在以后需要时将其恢复到原先的状态。

1.1. ✅ 关键角色

角色	说明
Originator	原发器，拥有内部状态，需要保存快照并恢复自身状态
Memento	备忘录，存储 `Originator`的内部状态，通常是一个不可变对象
Caretaker	负责人，管理备忘录的保存与恢复，但不访问其内容

1.2. 优点：

保留对象状态，支持回滚
不破坏封装（状态通过 Memento 管理）
易于实现撤销/重做功能

1.3. 缺点：

状态快照可能占用大量内存
Caretaker 可能需要管理多个 Memento，带来管理复杂性

2. 备忘录设计模式结构

2.1. 基于嵌套类类图

2.2. 基于中间接口类图

2.3. 备忘录时序图

3. 备忘录设计模式实现方式

备忘录设计模式（Memento Pattern）实现方式的核心在于：在不破坏对象封装性的前提下，捕获并保存对象的内部状态，以便之后可以将其恢复。

3.1. 🧩 Originator（原发器）：拥有状态，负责创建和恢复备忘录

public class Originator {
    private String state; // 需要保存的内部状态

    public void setState(String state) {
        this.state = state;
        System.out.println("设置状态为：" + state);
    }

    public String getState() {
        return state;
    }

    // 创建备忘录
    public Memento saveStateToMemento() {
        return new Memento(state);
    }

    // 从备忘录恢复状态
    public void restoreStateFromMemento(Memento memento) {
        this.state = memento.getState();
        System.out.println("恢复状态为：" + state);
    }
}

3.2. 🧩 Memento（备忘录）：只暴露给 Originator，用于存储状态

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）：负责保存、获取备忘录，但不操作内容

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Caretaker {
    private List<Memento> mementoList = new ArrayList<>();

    // 添加备忘录
    public void add(Memento memento) {
        mementoList.add(memento);
    }

    // 获取某个备忘录
    public Memento get(int index) {
        return mementoList.get(index);
    }
}

3.4. 🚀 使用示例（模拟状态保存与恢复）

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Originator originator = new Originator();
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        originator.setState("状态 #1");
        originator.setState("状态 #2");
        caretaker.add(originator.saveStateToMemento()); // 保存状态2

        originator.setState("状态 #3");
        caretaker.add(originator.saveStateToMemento()); // 保存状态3

        originator.setState("状态 #4");

        // 恢复状态
        originator.restoreStateFromMemento(caretaker.get(0)); // 恢复到状态2
        originator.restoreStateFromMemento(caretaker.get(1)); // 恢复到状态3
    }
}

3.5. ✅ 备忘录总结

组件	职责
Originator	负责创建和恢复备忘录
Memento	存储状态（不可变对象）
Caretaker	管理多个备忘录（可以是栈、队列、列表）

3.6. ✅ 延伸使用（如 Spring 项目中）

你可以将备忘录模式与：

Spring 注解（如 @Service、@Component）
数据持久化（备忘录入库，支持长期存档）
REST 接口撤销（如风控规则撤销）
状态机结合（状态保存+回滚）

4. 备忘录设计模式适合场景

4.1. ✅ 适合使用备忘录模式的场景

场景	说明
✅ 撤销操作（Undo/Redo）功能	比如文本编辑器、IDE、画图工具，用户希望能够一步步撤销操作。
✅ 状态快照与回滚	比如事务性系统、工作流、审批流、游戏存档等，可以保存当前状态，失败时快速回滚。
✅ 风控策略、配置管理	在金融风控系统中，策略配置改动后，能够恢复到某个时间点前的策略状态。
✅ 状态机状态保存	和状态机结合使用，记录每个状态变化的历史，可实现状态追溯。
✅ 临时修改但可还原的场景	比如购物车中的临时优惠应用、试算试验。
✅ AI / 数据建模模拟	在做一系列模拟实验时，需要保存中间状态，方便比较或回退。

4.2. ❌ 不适合使用备忘录模式的场景

场景	原因
❌ 状态对象非常庞大或频繁变动	会频繁创建大量备份，造成内存/存储负担。例如大型图像、视频编辑。
❌ 备份数据无法或不允许暴露给外部	即使模式保证封装性，有些敏感状态如密钥/隐私也不应被存储。
❌ 状态之间无明显断点或快照意义不大	比如高频实时流系统，数据快速变化，快照意义小。
❌ 备份状态对业务无价值	若状态回滚从不发生，记录也无实际意义，反而增加维护成本。
❌ 替代机制更适合	比如用数据库的事务机制或版本控制系统就能解决的，不必使用设计模式实现复杂备份。

总结：备忘录模式适用于“状态可保存且可能需要还原”的对象，在撤销、版本控制、配置管理等场景特别合适。

5. 备忘录设计模式实战示例

在风控系统中，用户可配置规则，每次变更都自动保存历史状态，并支持「撤销」功能。

5.1. ✳️ 数据库脚本（`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. ✳️ 实体类

@Data
@Entity
@Table(name = "rule_config")
public class RuleConfig {
    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;

    private String ruleCode;

    private String ruleContent;

    private Integer version;
}

@Data
@Entity
@Table(name = "rule_memento")
public class RuleMemento {
    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;

    private Long ruleId;

    private String ruleContent;

    private Integer version;

    private Timestamp savedAt;
}

5.3. 🧠 备忘录模式结构

5.3.1. 备忘录（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. 发起人（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. 负责人（Caretaker）

@Service
public class RuleHistoryService {

    @Autowired
    private 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. 💡 状态保存与撤销 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("规则已更新并记录历史");
    }

    @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("回滚成功");
    }
}

6. 备忘录设计模式思考

备忘录设计模式（Memento Pattern）在实际开发中往往不会单独使用，而是与其他设计模式组合，以解决更复杂的状态管理、回滚、撤销等需求。下面是常见的组合方式和典型应用场景，尤其适合 金融风控、流程引擎、配置管理 等场景。

6.1. ✅ 备忘录模式 + 状态机模式（State Pattern）

组合说明：

状态机负责管理状态切换逻辑；
备忘录负责保存每个状态快照，实现状态回滚/撤销。

场景示例：

风控审批流程中，支持将任务状态退回上一步。
订单状态（待支付 → 已支付 → 配送中）中用户申请退款，需要回退到「待支付」。

6.2. ✅ 备忘录模式 + 命令模式（Command Pattern）

组合说明：

命令封装用户操作；
备忘录记录执行前的状态，实现 undo() 操作。

场景示例：

金融交易撤销；
系统管理员修改风控规则，每次操作都可以回滚。

6.3. ✅ 备忘录模式 + 责任链模式（Chain of Responsibility）

组合说明：

每个处理节点执行任务前记录状态；
执行失败时利用备忘录回滚上一步处理。

场景示例：

信贷审批流程，每个环节出错需恢复上一次状态。

6.4. ✅ 备忘录模式 + 原型模式（Prototype Pattern）

组合说明：

使用原型的浅/深拷贝方式快速创建备忘录对象；
提高状态快照的创建效率。

场景示例：

在风险规则配置页面修改参数时，使用深克隆构建快照并保存。

6.5. ✅ 备忘录模式 + 观察者模式（Observer Pattern）

组合说明：

状态变化时通知观察者；
备忘录用于记录状态变化历史。

场景示例：

配置变更通知下游服务，但允许撤销恢复上一个配置。

6.6. ✅ 备忘录模式 + 策略模式（Strategy Pattern）

组合说明：

策略负责计算/处理；
备忘录记录策略执行前后的状态，便于结果回退。

场景示例：

多种风控策略组合决策后，若发现误判，恢复上一次执行前的状态。

6.7. ✅ 备忘录模式 + 持久化机制（如 Repository、数据库）

组合说明：

备忘录对象不是只存在于内存，而是持久化保存（如 JSON 存库）。
支持跨进程或长时间状态恢复。

场景示例：

某条风控规则上线后的历史版本备份，可通过后台 UI 操作恢复。

6.8. ✅ 备忘录模式 + Spring AOP/注解

组合说明：

使用注解（如 @MementoBackup）自动拦截方法；
在方法前后生成并记录状态快照，实现零侵入式回滚机制。

场景示例：

Spring Boot 应用中，支持风控参数调整回滚功能，只需加注解即可。

6.9. 🧩 组合参考表

组合模式	典型作用	适用系统类型
状态机	管理状态转换+回滚	审批系统、风控流程引擎
命令	操作封装+撤销	配置平台、策略决策平台
责任链	多环节状态保护	风控引擎、流程引擎
原型	快速复制状态	配置回滚、草稿管理
观察者	状态广播+恢复	分布式配置中心
策略	策略组合+状态对比	风控策略、限额控制
持久化	状态历史存档	长期任务跟踪系统
AOP/注解	自动化拦截/回滚	企业级 Spring 应用