您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 程式設計入門

Java 設計模式精講：備忘錄模式完整實現指南

編輯：Java 程式設計入門

前言：程式世界的「後悔藥」

生活中無法時光倒流，但在軟體系統中，我們可以實現「狀態回滾」。備忘錄模式正是這顆讓物件隨時回到歷史狀態的「月光寶盒」。它在不破壞封裝性前提下，捕捉物件內部狀態並外部化儲存，廣泛應用於撤銷/重做、事務回滾、遊戲存檔等場景。

一、模式定義與核心角色

GoF 定義：在不破壞封裝性的前提下，捕捉一個物件的內部狀態，並在該物件之外保存這個狀態，以便日後恢復。

三大核心角色

Originator（發起人）：擁有需要備份的狀態，負責建立備忘錄、從備忘錄恢復狀態。
Memento（備忘錄）：儲存 Originator 的內部狀態，提供兩種介面：
- 窄介面：給 Caretaker 看，僅能存取備忘錄本身（不可見內部狀態）。
- 寬介面：給 Originator 看，可讀寫所有內部狀態。
Caretaker（管理者）：負責保管備忘錄，不操作、不檢查備忘錄內容。

二、Java 中的封裝性實現策略

C++ 可用 friend 關鍵字實現「只有 Originator 可存取 Memento 內部」，Java 無此機制，需採用替代方案：

方案一：雙介面隔離（較弱）

定義 MementoNarrow（空介面/標記）與 MementoWide（含 getter/setter）。
Memento 實現雙介面，Originator 用寬介面，Caretaker 用窄介面。
缺點：靠開發者自覺遵守，編譯器無法強制約束。

方案二：私有內部類（推薦，強封裝）

將 Memento 定義為 Originator 的 private static 內部類。外部類（含 Caretaker）完全看不見 Memento 的內部欄位與方法，只有 Originator 能存取。

public class Originator {
    // 內部狀態
    private int state = 90;
    // 內部持有管理者
    private Caretaker caretaker = new Caretaker();

    // 私有內部類：外部不可見，只有 Originator 能存取
    private static class Memento {
        private int state;
        Memento(int state) { this.state = state; }
        int getState() { return state; }
    }

    // 建立備忘錄
    public void createMemento() {
        caretaker.saveMemento(new Memento(this.state));
    }

    // 恢復狀態
    public void restoreMemento() {
        Memento m = caretaker.getMemento();
        if (m != null) this.state = m.getState();
    }

    // 管理者：只負責保管，類型為 Object 或窄介面
    private static class Caretaker {
        private Object memento; // 實際為 Memento，但對外不可見
        void saveMemento(Object m) { memento = m; }
        Object getMemento() { return memento; }
    }
}

方案三：包級可見

將 Memento 類別設為 package-private（無修飾符），放在同一 package，Originator 為 public，Caretaker 也在同 package。外部模組無法存取 Memento 細節。

三、完整可運行範例

// 發起人
public class GameRole {
    private int vit; // 生命力
    private int atk; // 攻擊力
    private int def; // 防禦力

    public GameRole(int vit, int atk, int def) {
        this.vit = vit; this.atk = atk; this.def = def;
    }

    // 內部備忘錄類
    private static class Memento {
        private final int vit, atk, def;
        Memento(int vit, int atk, int def) {
            this.vit = vit; this.atk = atk; this.def = def;
        }
    }

    // 建立備忘錄
    public Memento save() {
        return new Memento(vit, atk, def);
    }

    // 恢復
    public void load(Memento m) {
        this.vit = m.vit; this.atk = m.atk; this.def = m.def;
    }

    // 狀態改變模擬
    public void fight() { vit -= 10; atk += 5; def -= 3; }
    public void display() { System.out.printf("狀態：生命%d 攻擊%d 防禦%d%n", vit, atk, def); }
}

// 管理者
public class Caretaker {
    private GameRole.Memento memento; // 編譯錯誤！Memento 是 private
    // 實際專案中可用 Object 或介面代替
    private Object mementoObj;
    public void save(Object m) { mementoObj = m; }
    public Object load() { return mementoObj; }
}

// 客戶端測試
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        GameRole role = new GameRole(100, 50, 30);
        Caretaker caretaker = new Caretaker();

        role.display(); // 初始狀態
        caretaker.save(role.save()); // 存檔

        role.fight(); // 戰鬥消耗
        role.display(); // 受損狀態

        role.load((GameRole.Memento) caretaker.load()); // 讀檔
        role.display(); // 恢復初始
    }
}