旅法师营地 | No.23

我所理解的设计模式系列·第19篇·基于备忘录模式实现游戏存档与读取

2022/02/12 设计模式 共 3617 字，约 11 分钟

不知道大家小时候有没有玩过经典单机游戏，特别是一些小而美的 RPG 游戏，如金庸群侠传、口袋妖怪等等，由于通关游戏需要很长的时间，所以这些 RPG 游戏都会提供存档的功能，让玩家能够休息一会，明日再战。而下次进入游戏读取存档即可接着上次的画面继续游玩。

游戏中的这种存档、读档功能就可以使用备忘录模式（Memento Pattern）来实现。

design-patttern-19-备忘录模式-封面

1. 定义

备忘录模式是一种行为型设计模式，它的定义是：“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。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。”

简而言之就是允许客户端将某个场景恢复到原来保存过的时间点，这个功能跟前段时间的热播电视剧《开端》的不断循环非常像，包括很多年前周星驰的电影《大话西游》中利用月光宝盒不断穿越到紫霞仙子自杀前的时间段，也是同样的道理。

2. 类图

在备忘录模式中，有这样几种角色：

  • 发起人（Originator）角色：记录当前对象状态信息，提供创建和恢复备忘录数据的功能
  • 备忘录（Memento）角色：负责存储发起人的状态信息，通过备忘录管理者对外暴露
  • 备忘录管理者（Caretaker）角色：提供管理备忘录功能（如创建、查询），但不能对备忘录数据进行修改

备忘录模式的类图如下：

design-patttern-19-备忘录模式-1-类图

3. 示例

本来想用金庸群侠传来作为备忘录模式的场景介绍的，由于金庸群侠传规定输三次就相当于游戏失败，所以每次在挑战高手前我都会存个档，以防直接“退出江湖”。但是 Mac Chorme 浏览器已不提供 flash 能力，而且 4399 小游戏竟然需要实名注册才能玩！

所以今天就用口袋妖怪用精灵球抓精灵的场景来演示备忘录模式，先来说说场景：在口袋妖怪游戏中，最让玩家有成就感的事情莫过于抓捕野生的稀有精灵，但是在某些特殊的场景中，只有一次机会投掷出精灵球，没有成功抓捕到那么精灵就会逃走或者把你的精灵打败，例如：凯西、三神兽等。

design-patttern-19-备忘录模式-2

假设现在对面的就是凯西（原谅我没有其他素材了，随便抓了只波波，凯西还要打到第二座道馆才能遇到），玩家只有一次机会抓它，此时玩家肯定要先存档，如果这次没成功那么读档重来。

design-patttern-19-备忘录模式-3

直到成功抓到凯西，这波才能算功成身退。

下面就用备忘录模式来模拟上面的场景，首先创建备忘录角色，这里未被收服的凯西，以及玩家自己的小火龙都是备忘录角色，代码如下：

public class Memento {
    // 精灵名称
    private String name;
    // 精灵生命值
    private Integer hp;
    // 精灵等级
    private String level;
    // 精灵归属人
    private String belonger;

    public Memento(String name, Integer hp, String level, String belonger) {
        this.name = name;
        this.hp = hp;
        this.level = level;
        this.belonger = belonger;
    }

    // 备忘录类内的属性没有 setter 方法，其属性只能在创建备忘录时填入，不应该被外界修改
    public String getName() {
        return name;
    }

    public Integer getHp() {
        return hp;
    }

    public String getLevel() {
        return level;
    }

    public String getBelonger() {
        return belonger;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Memento{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", hp=" + hp +
                ", level='" + level + '\'' +
                ", belonger='" + belonger + '\'' +
                '}';
    }
}

然后编写备忘录管理者角色，这里与类图有点不一样的是在当前的场景中，存档中会保存多个精灵的状态，所以一个存档会使用一个 List 来存储，同时它会使用一个唯一 key 来保证不重复，其代码如下：

public class Caretaker {

    // 由于存档需要保存多个精灵的状态，所以每个存档用一个 list 来存储
    private Map<String, List<Memento>> archiveMap = new HashMap<>();

    public List<Memento> getArchive(String key) {
        return archiveMap.get(key);
    }

    public void setArchiveMap(String key, List<Memento> archive) {
        archiveMap.put(key, archive);
    }
}

然后编写发起人角色：

public class Player {

    private List<Memento> mementos;

    public Player(List<Memento> mementos) {
        this.mementos = mementos;
    }

    public List<Memento> createMemento() {
        List<Memento> target = new ArrayList<>();
        for (Memento memento : mementos) {
            target.add(memento);
        }
        return target;
    }

    public void restoreMemento(List<Memento> mementos) {
        this.mementos = mementos;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Player{" +
                "mementos=" + mementos +
                '}';
    }
}

然后编写测试代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Memento bobo = new Memento("凯西", 10, "Lv3", null);
        Memento fireDragon = new Memento("小火龙", 20, "Lv6", "player1");
        List<Memento> mementos = new ArrayList<>();
        mementos.add(bobo);
        mementos.add(fireDragon);

        Player player = new Player(mementos);
        System.out.println("第一次遇到凯西时的状态: " + player);
        System.out.println("存档");
        List<Memento> mementoCreated = player.createMemento();

        Caretaker caretaker = new Caretaker();
        caretaker.setArchiveMap("1", mementoCreated);

        System.out.println("抓捕失败，凯西逃走，开始读档");
        List<Memento> archive = caretaker.getArchive("1");
        player.restoreMemento(archive);
        System.out.println("读档后的状态: " + player);
    }
}

输出结果为：

第一次遇到凯西时的状态: Player{mementos=[Memento{name='凯西', hp=10, level='Lv3', belonger='null'}, Memento{name='小火龙', hp=20, level='Lv6', belonger='player1'}]}
存档
抓捕失败，凯西逃走，开始读档
读档后的状态: Player{mementos=[Memento{name='凯西', hp=10, level='Lv3', belonger='null'}, Memento{name='小火龙', hp=20, level='Lv6', belonger='player1'}]}

于是，在不断的尝试过后，终于如愿以偿抓到了凯西。

design-patttern-19-备忘录模式-4

4. 使用场景

备忘录模式的使用场景是：

  • 需要保存及恢复数据或者提供回滚功能的场景

5. 小结

本文讲述了备忘录模式，它的定义是——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。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

比如一些游戏存档的场景、MySQL MVCC、文本编辑器使用 Ctrl+Z 实现的撤销功能等，都可以使用备忘录模式来实现。

备忘录模式的优点是：

  • 提供了数据回滚能力，同时也不会破坏封装性

备忘录模式的缺点是：

  • 备忘录模式会存储对象大量的快照版本，如果频繁使用会增加内存消耗

6. 参考资料

最后，本文收录于个人语雀知识库: 我所理解的后端技术，欢迎来访。

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