【Go 实现】实践 GoF 的 23 种设计模式:备忘录模式
简单的分布式应用系统(示例代码工程):https://github.com/ruanrunxue/Practice-Design-Pattern--Go-Implementation
简介
相对于代理模式、工厂模式等设计模式,备忘录模式(Memento)在我们日常开发中出镜率并不高,除了应用场景的限制之外,另一个原因,可能是备忘录模式 UML 结构的几个概念比较晦涩难懂,难以映射到代码实现中。比如 Originator(原发器)和 Caretaker(负责人),从字面上很难看出它们在模式中的职责。
但从定义来看,备忘录模式又是简单易懂的,GoF 对备忘录模式的定义如下:
Without violating encapsulation, capture and externalize an object’s internal state so that the object can be restored to this state later.
也即,在不破坏封装的前提下,捕获一个对象的内部状态,并在该对象之外进行保存,以便在未来将对象恢复到原先保存的状态。
从定义上看,备忘录模式有几个关键点:封装、保存、恢复。
对状态的封装,主要是为了未来状态修改或扩展时,不会引发霰弹式修改;保存和恢复则是备忘录模式的主要特点,能够对当前对象的状态进行保存,并能够在未来某一时刻恢复出来。
现在,在回过头来看备忘录模式的 3 个角色就比较好理解了:
Memento(备忘录):是对状态的封装,可以是
struct,也可以是interface。Originator(原发器):备忘录的创建者,备忘录里存储的就是 Originator 的状态。
Caretaker(负责人):负责对备忘录的保存和恢复,无须知道备忘录中的实现细节。
UML 结构
场景上下文
在前文 【Go实现】实践GoF的23种设计模式:命令模式 我们提到,在 简单的分布式应用系统(示例代码工程)中,db 模块用来存储服务注册信息和系统监控数据。其中,服务注册信息拆成了 profiles 和 regions 两个表,在服务发现的业务逻辑中,通常需要同时操作两个表,为了避免两个表数据不一致的问题,db 模块需要提供事务功能:
事务的核心功能之一是,当其中某个语句执行失败时,之前已执行成功的语句能够回滚,前文我们已经介绍如何基于 命令模式 搭建事务框架,下面我们将重点介绍,如何基于备忘录模式实现失败回滚的功能。
代码实现
客户端可以这么使用:
这里并没有完全按照标准的备忘录模式 UML 进行实现,但本质是一样的,总结起来有以下几个关键点:
定义抽象备忘录 Memento 接口,这里为
Command接口。Command的实现是具体的数据库执行操作,并且存有对应的回滚操作,比如InsertCmd为“插入”操作,其对应的回滚操作为“删除”,我们保存的状态就是“删除”这一回滚操作。定义 Originator 结构体/接口,这里为
Db接口。备忘录Command记录的就是它的状态。定义 Caretaker 结构体/接口,这里为
Transaction结构体。Transaction采用了延迟执行的设计,当调用Exec方法时只会将命令缓存到cmds队列中,等到调用Commit方法时才会执行。在 Caretaker 中引用 Originator 对象,用于后续对其状态的保存和恢复。这里为
Transaction聚合了Db。在 Caretaker 中定义备忘录列表,用于保存某一时刻的系统状态。这里为在
Transaction.Commit方法中定义了cmdHistory对象,保存一直执行成功的Command。执行 Caretaker 具体的业务逻辑,这里为在
Transaction.Commit中调用Command.Exec方法,执行具体的数据库操作命令。业务逻辑执行成功后,保存当前的状态。这里为调用
cmdHistory.add方法将Command保存起来。如果业务逻辑执行失败,则恢复到原来的状态。这里为调用
cmdHistory.rollback方法,反向执行已执行成功的Command的Undo方法进行状态恢复。根据具体的业务需要,定义具体的备忘录,这里定义了
InsertCmd、UpdateCmd和DeleteCmd。
扩展
MySQL 的 undo log 机制
MySQL 的 undo log(回滚日志)机制本质上用的就是备忘录模式的思想,前文中 Transaction 回滚机制实现的方法参考的就是 undo log 机制。
undo log 原理是,在提交事务之前,会把该事务对应的回滚操作(状态)先保存到 undo log 中,然后再提交事务,当出错的时候 MySQL 就可以利用 undo log 来回滚事务,即恢复原先的记录值。
比如,执行一条插入语句:
那么,写入到 undo log 中对应的回滚语句为:
当执行一条语句失败,需要回滚时,MySQL 就会从读取对应的回滚语句来执行,从而将数据恢复至事务提交之前的状态。undo log 是 MySQL 实现事务回滚和多版本控制(MVCC)的根基。
典型应用场景
事务回滚。事务回滚的一种常见实现方法是 undo log,其本质上用的就是备忘录模式。
系统快照(Snapshot)。多版本控制的用法,保存某一时刻的系统状态快照,以便在将来能够恢复。
撤销功能。比如 Microsoft Offices 这类的文档编辑软件的撤销功能。
优缺点
优点
提供了一种状态恢复的机制,让系统能够方便地回到某个特定状态下。
实现了对状态的封装,能够在不破坏封装的前提下实现状态的保存和恢复。
缺点
资源消耗大。系统状态的保存意味着存储空间的消耗,本质上是空间换时间的策略。undo log 是一种折中方案,保存的状态并非某一时刻数据库的所有数据,而是一条反操作的 SQL 语句,存储空间大大减少。
并发安全。在多线程场景,实现备忘录模式时,要注意在保证状态的不变性,否则可能会有并发安全问题。
与其他模式的关联
在实现 Undo/Redo 操作时,你通常需要同时使用 备忘录模式 与 命令模式。
另外,当你需要遍历备忘录对象中的成员时,通常会使用 迭代器模式,以防破坏对象的封装。
文章配图
可以在 用Keynote画出手绘风格的配图 中找到文章的绘图方法。
参考
[1] 【Go实现】实践GoF的23种设计模式:SOLID原则, 元闰子
[2] 【Go实现】实践GoF的23种设计模式:命令模式, 元闰子
[3] Design Patterns, Chapter 5. Behavioral Patterns, GoF
[4] 备忘录模式, refactoringguru.cn
[5] MySQL 8.0 Reference Manual :: 15.6.6 Undo Logs, MySQL
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