簡(jiǎn)介

相對(duì)于代理模式、工廠模式等設(shè)計(jì)模式，備忘錄模式（Memento）在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中出鏡率并不高，除了應(yīng)用場(chǎng)景的限制之外，另一個(gè)原因，可能是備忘錄模式 UML 結(jié)構(gòu)的幾個(gè)概念比較晦澀難懂，難以映射到代碼實(shí)現(xiàn)中。比如 Originator（原發(fā)器）和 Caretaker（負(fù)責(zé)人），從字面上很難看出它們?cè)谀Ｊ街械穆氊?zé)。

但從定義來看，備忘錄模式又是簡(jiǎn)單易懂的，GoF 對(duì)備忘錄模式的定義如下：

Without violating encapsulation, capture and externalize an object’s internal state so that the object can be restored to this state later.

也即，在不破壞封裝的前提下，捕獲一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對(duì)象之外進(jìn)行保存，以便在未來將對(duì)象恢復(fù)到原先保存的狀態(tài)。

從定義上看，備忘錄模式有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：封裝、保存、恢復(fù)。

對(duì)狀態(tài)的封裝，主要是為了未來狀態(tài)修改或擴(kuò)展時(shí)，不會(huì)引發(fā)霰彈式修改；保存和恢復(fù)則是備忘錄模式的主要特點(diǎn)，能夠?qū)Ξ?dāng)前對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行保存，并能夠在未來某一時(shí)刻恢復(fù)出來。

現(xiàn)在，在回過頭來看備忘錄模式的 3 個(gè)角色就比較好理解了：

Memento（備忘錄）：是對(duì)狀態(tài)的封裝，可以是struct，也可以是interface。

Originator（原發(fā)器）：備忘錄的創(chuàng)建者，備忘錄里存儲(chǔ)的就是 Originator 的狀態(tài)。

Caretaker（負(fù)責(zé)人）：負(fù)責(zé)對(duì)備忘錄的保存和恢復(fù)，無須知道備忘錄中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

UML 結(jié)構(gòu)

場(chǎng)景上下文

在前文【Go實(shí)現(xiàn)】實(shí)踐GoF的23種設(shè)計(jì)模式：命令模式我們提到，在簡(jiǎn)單的分布式應(yīng)用系統(tǒng)（示例代碼工程）中，db 模塊用來存儲(chǔ)服務(wù)注冊(cè)信息和系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。其中，服務(wù)注冊(cè)信息拆成了profiles和regions兩個(gè)表，在服務(wù)發(fā)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯中，通常需要同時(shí)操作兩個(gè)表，為了避免兩個(gè)表數(shù)據(jù)不一致的問題，db 模塊需要提供事務(wù)功能:

事務(wù)的核心功能之一是，當(dāng)其中某個(gè)語句執(zhí)行失敗時(shí)，之前已執(zhí)行成功的語句能夠回滾，前文我們已經(jīng)介紹如何基于命令模式搭建事務(wù)框架，下面我們將重點(diǎn)介紹，如何基于備忘錄模式實(shí)現(xiàn)失敗回滾的功能。

代碼實(shí)現(xiàn)

//demo/db/transaction.go
packagedb

//Command執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作的命令接口，同時(shí)也是備忘錄接口
//關(guān)鍵點(diǎn)1：定義Memento接口，其中Exec方法相當(dāng)于UML圖中的SetState方法，調(diào)用后會(huì)將狀態(tài)保存至Db中
typeCommandinterface{
Exec()error//Exec執(zhí)行insert、update、delete命令
Undo()//Undo回滾命令
setDb(dbDb)//SetDb設(shè)置關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)
}

//關(guān)鍵點(diǎn)2：定義Originator，在本例子中，狀態(tài)都是存儲(chǔ)在Db對(duì)象中
typeDbinterface{...}

//TransactionDb事務(wù)實(shí)現(xiàn)，事務(wù)接口的調(diào)用順序?yàn)閎egin->exec->exec>...->commit
//關(guān)鍵點(diǎn)3：定義Caretaker，Transaction里實(shí)現(xiàn)了對(duì)語句的執(zhí)行（Do）和回滾（Undo）操作
typeTransactionstruct{
namestring
//關(guān)鍵點(diǎn)4：在Caretaker（Transaction）中引用Originator（Db）對(duì)象，用于后續(xù)對(duì)其狀態(tài)的保存和恢復(fù)
dbDb
//注意，這里的cmds并非備忘錄列表，真正的history在Commit方法中
cmds[]Command
}
//Begin開啟一個(gè)事務(wù)
func(t*Transaction)Begin(){
t.cmds=make([]Command,0)
}
//Exec在事務(wù)中執(zhí)行命令，先緩存到cmds隊(duì)列中，等commit時(shí)再執(zhí)行
func(t*Transaction)Exec(cmdCommand)error{
ift.cmds==nil{
returnErrTransactionNotBegin
}
cmd.setDb(t.db)
t.cmds=append(t.cmds,cmd)
returnnil
}
//Commit提交事務(wù)，執(zhí)行隊(duì)列中的命令，如果有命令失敗，則回滾后返回錯(cuò)誤
func(t*Transaction)Commit()error{
//關(guān)鍵點(diǎn)5：定義備忘錄列表，用于保存某一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)
history:=&cmdHistory{history:make([]Command,0,len(t.cmds))}
for_,cmd:=ranget.cmds{
//關(guān)鍵點(diǎn)6：執(zhí)行Do方法
iferr:=cmd.Exec();err!=nil{
//關(guān)鍵點(diǎn)8：當(dāng)Do方法執(zhí)行失敗時(shí)，則進(jìn)行Undo操作，根據(jù)備忘錄history中的狀態(tài)進(jìn)行回滾
history.rollback()
returnerr
}
//關(guān)鍵點(diǎn)7：如果Do方法執(zhí)行成功，則將狀態(tài)（cmd）保存在備忘錄history中
history.add(cmd)
}
returnnil
}
//cmdHistory命令執(zhí)行歷史
typecmdHistorystruct{
history[]Command
}
func(c*cmdHistory)add(cmdCommand){
c.history=append(c.history,cmd)
}

func(c*cmdHistory)rollback(){
fori:=len(c.history)-1;i>=0;i--{
c.history[i].Undo()
}
}

//InsertCmd插入命令
//關(guān)鍵點(diǎn)9:定義具體的備忘錄類，實(shí)現(xiàn)Memento接口
typeInsertCmdstruct{
dbDb
tableNamestring
primaryKeyinterface{}
newRecordinterface{}
}

func(i*InsertCmd)Exec()error{
returni.db.Insert(i.tableName,i.primaryKey,i.newRecord)
}
func(i*InsertCmd)Undo(){
i.db.Delete(i.tableName,i.primaryKey)
}
func(i*InsertCmd)setDb(dbDb){
i.db=db
}

//UpdateCmd更新命令
typeUpdateCmdstruct{...}
//DeleteCmd刪除命令
typeDeleteCmdstruct{...}

客戶端可以這么使用：

funcclient(){
transaction:=db.CreateTransaction("register"+profile.Id)
transaction.Begin()
rcmd:=db.NewUpdateCmd(regionTable).WithPrimaryKey(profile.Region.Id).WithRecord(profile.Region)
transaction.Exec(rcmd)
pcmd:=db.NewUpdateCmd(profileTable).WithPrimaryKey(profile.Id).WithRecord(profile.ToTableRecord())
transaction.Exec(pcmd)
iferr:=transaction.Commit();err!=nil{
return...
}
return...
}

這里并沒有完全按照標(biāo)準(zhǔn)的備忘錄模式 UML 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，但本質(zhì)是一樣的，總結(jié)起來有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

定義抽象備忘錄 Memento 接口，這里為Command接口。Command的實(shí)現(xiàn)是具體的數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行操作，并且存有對(duì)應(yīng)的回滾操作，比如InsertCmd為“插入”操作，其對(duì)應(yīng)的回滾操作為“刪除”，我們保存的狀態(tài)就是“刪除”這一回滾操作。

定義 Originator 結(jié)構(gòu)體/接口，這里為Db接口。備忘錄Command記錄的就是它的狀態(tài)。

定義 Caretaker 結(jié)構(gòu)體/接口，這里為Transaction結(jié)構(gòu)體。Transaction采用了延遲執(zhí)行的設(shè)計(jì)，當(dāng)調(diào)用Exec方法時(shí)只會(huì)將命令緩存到cmds隊(duì)列中，等到調(diào)用Commit方法時(shí)才會(huì)執(zhí)行。

在 Caretaker 中引用 Originator 對(duì)象，用于后續(xù)對(duì)其狀態(tài)的保存和恢復(fù)。這里為Transaction聚合了Db。

在 Caretaker 中定義備忘錄列表，用于保存某一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)。這里為在Transaction.Commit方法中定義了cmdHistory對(duì)象，保存一直執(zhí)行成功的Command。

執(zhí)行 Caretaker 具體的業(yè)務(wù)邏輯，這里為在Transaction.Commit中調(diào)用Command.Exec方法，執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)庫(kù)操作命令。

業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行成功后，保存當(dāng)前的狀態(tài)。這里為調(diào)用cmdHistory.add方法將Command保存起來。

如果業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行失敗，則恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這里為調(diào)用cmdHistory.rollback方法，反向執(zhí)行已執(zhí)行成功的Command的Undo方法進(jìn)行狀態(tài)恢復(fù)。

根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需要，定義具體的備忘錄，這里定義了InsertCmd、UpdateCmd和DeleteCmd。

擴(kuò)展

MySQL 的 undo log 機(jī)制

MySQL 的undo log（回滾日志）機(jī)制本質(zhì)上用的就是備忘錄模式的思想，前文中Transaction回滾機(jī)制實(shí)現(xiàn)的方法參考的就是 undo log 機(jī)制。

undo log 原理是，在提交事務(wù)之前，會(huì)把該事務(wù)對(duì)應(yīng)的回滾操作（狀態(tài)）先保存到 undo log 中，然后再提交事務(wù)，當(dāng)出錯(cuò)的時(shí)候 MySQL 就可以利用 undo log 來回滾事務(wù)，即恢復(fù)原先的記錄值。

比如，執(zhí)行一條插入語句：

insertintoregion(id,name)values(1,"beijing");

那么，寫入到 undo log 中對(duì)應(yīng)的回滾語句為：

deletefromregionwhereid=1;

當(dāng)執(zhí)行一條語句失敗，需要回滾時(shí)，MySQL 就會(huì)從讀取對(duì)應(yīng)的回滾語句來執(zhí)行，從而將數(shù)據(jù)恢復(fù)至事務(wù)提交之前的狀態(tài)。undo log 是 MySQL 實(shí)現(xiàn)事務(wù)回滾和多版本控制（MVCC）的根基。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

事務(wù)回滾。事務(wù)回滾的一種常見實(shí)現(xiàn)方法是 undo log，其本質(zhì)上用的就是備忘錄模式。

系統(tǒng)快照（Snapshot）。多版本控制的用法，保存某一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)快照，以便在將來能夠恢復(fù)。

撤銷功能。比如 Microsoft Offices 這類的文檔編輯軟件的撤銷功能。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

提供了一種狀態(tài)恢復(fù)的機(jī)制，讓系統(tǒng)能夠方便地回到某個(gè)特定狀態(tài)下。

實(shí)現(xiàn)了對(duì)狀態(tài)的封裝，能夠在不破壞封裝的前提下實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的保存和恢復(fù)。

缺點(diǎn)

資源消耗大。系統(tǒng)狀態(tài)的保存意味著存儲(chǔ)空間的消耗，本質(zhì)上是空間換時(shí)間的策略。undo log 是一種折中方案，保存的狀態(tài)并非某一時(shí)刻數(shù)據(jù)庫(kù)的所有數(shù)據(jù)，而是一條反操作的 SQL 語句，存儲(chǔ)空間大大減少。

并發(fā)安全。在多線程場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)備忘錄模式時(shí)，要注意在保證狀態(tài)的不變性，否則可能會(huì)有并發(fā)安全問題。

與其他模式的關(guān)聯(lián)

在實(shí)現(xiàn) Undo/Redo 操作時(shí)，你通常需要同時(shí)使用備忘錄模式與命令模式。

另外，當(dāng)你需要遍歷備忘錄對(duì)象中的成員時(shí)，通常會(huì)使用迭代器模式，以防破壞對(duì)象的封裝。

文章配圖

可以在用Keynote畫出手繪風(fēng)格的配圖中找到文章的繪圖方法。

審核編輯：劉清