Javaで効率良く開発を行うなら知っておきたいのがデザインパターンです。本記事では、Gang of Four（GoF）によって提唱されたデザインパターンについて紹介します。
さらに、実際に役立つデザインパターンのサンプルコードや、学習に適した書籍も紹介するのでぜひ参考にしてください。
Javaのデザインパターンとは
Javaのデザインパターンとは、プログラムを分かりやすく、作りやすくするための「設計の型」のことです。このデザインパターンの考え方は、「Gang of Four（GoF）」と呼ばれる4人のエンジニアによってまとめられました。
デザインパターンは23種類に分けられており、プログラムの用途によって使い分けが可能です。
デザインパターンを使うことで効率的に設計ができたり、コードの可読性が上がったりするメリットがあります。
Javaで開発を行うなら理解しておきたい概念の一つです。
また、Javaを使ってAI開発を行いたいと考えている方は、以下の記事を参考にしてみてください。JavaのAI開発事例や、AI開発に使われるフレームワークなどについて解説しています。
Javaの種類別デザインパターン
Javaのデザインパターンは23種類ありますが、そのなかでも大きく以下の3種類に分けられます。
- オブジェクト生成に関するデザインパターン
- プログラム構造に関するデザインパターン
- オブジェクトの振る舞いに関するデザインパターン
これらの種類ごとのデザインパターンについてみていきましょう。
デザインパターン①Javaのオブジェクト生成に関するデザインパターン
オブジェクトの生成に関する5つのデザインパターンを以下にまとめました。
| パターン名 | 特徴 |
| Abstract Factory | 関連するオブジェクトの集まりを一つのシステムとしてまとめて生成するパターン。 |
| Builder | 複数の部品オブジェクトを収集して組み合わせる際に適したパターン。 |
| Factory Method | オブジェクト作成の仕組みをスーパークラスで定めておけるパターン。 |
| Prototype | 既存のオブジェクトをコピーして、新しいオブジェクトを作成するパターン。 |
| Singleton | 1つのクラスから1つのオブジェクトのみを生成するように制限するパターン。 |
これらのパターンを活用することで、効率的なオブジェクト管理が可能になります。
デザインパターン②Javaのプログラム構造に関するデザインパターン
プログラム構造に関する7つのデザインパターンを以下にまとめました。
| パターン名 | 特徴 |
| Adapter | 互換性のないクラス同士を関連付けられるパターン。 |
| Bridge | 機能拡張のクラスと実装のクラスを分離し、それぞれをつなげられるパターン。 |
| Composite | オブジェクトをツリー構造で管理し、個々を独立したオブジェクトとして使用できるパターン。 |
| Decorator | 既存のオブジェクトに新しい機能を追加するためのパターン。 |
| Facade | システムの複雑な処理を窓口を通じて簡単に利用できるようにするパターン。 |
| Flyweight | インスタンスを共有し、メモリの消費を削減するパターン。 |
| Proxy | 代理オブジェクトを通じて処理を行うパターン。 |
これらは複雑な構造をしたプログラムを組む際に便利なパターンです。
デザインパターン③Javaのオブジェクトの振る舞いに関するデザインパターン
オブジェクトの振る舞いに関する11個のデザインパターンを以下にまとめました。
| パターン | 特徴 |
| Chain of Responsibility | 不可能な処理がある場合、ほかのクラスのオブジェクトで処理を行うパターン。 |
| Command | 命令をオブジェクトとして扱うパターン。 |
| Interpreter | 構文をオブジェクトとして表現し、解析・処理を行うパターン。 |
| Iterator | 要素を順番にスキャンできるようにするパターン。 |
| Mediator | オブジェクト間の通信を減らし、一箇所で管理するパターン。 |
| Memento | オブジェクトの状態を保存し、後で復元できるようにするパターン。 |
| Observer | 監視対象の状態変化を、監視者に通知するパターン。 |
| State | 状態をクラスで表現し、オブジェクトの状態によって動作を変更するパターン。 |
| Strategy | 必要に応じて使用するアルゴリズムを切り替えできるパターン。 |
| Template Method | 処理の枠組みをスーパークラスで定義し、詳細をサブクラスで実装するパターン。 |
| Visitor | データ構造と処理を分離し、新しい処理の追加や変更をしやすくするパターン。 |
状況に対応した処理を行いたい場合は、これらのパターンを活用しましょう。
Javaのデザインパターンのサンプルコード
実際にデザインパターンの一つであるSingletonパターンのサンプルコードについてみていきましょう。
Singletonパターンは1つのインスタンスのみを作成し、どこからでもアクセスできるようにする設計パターンです。
private static Singleton singleton = new Singleton();
private Singleton() {
System.out.println(“インスタンスを生成しました”);
}
public static Singleton getInstance() {
return singleton;
}
}
上記のコードでは、singletonをprivate変数として定義しています。
コンストラクタをprivateにしているため、インスタンスが一つだけと証明されて、外部からクラスの呼び出しができません。
最後のgetInstance()メソッドを使えば、どこからでも常に同じsingletonインスタンスを取得できます。
Javaのデザインパターンが学べる書籍
Javaのデザインパターンは、書籍を使うことで体系的に学習できます。Javaのデザインパターンが学べるおすすめの書籍は以下のとおりです。
- Java言語で学ぶデザインパターン入門第3版
- 【知らないと損をする】レベルアップJava ~デザインパターン編~ Javaの入門を学んだあとはコレ: ~基礎から学べるデザインパターン Java開発の定石
- 増補改訂版 Java言語で学ぶデザインパターン入門 マルチスレッド編
これらの書籍の特徴についてみていきましょう。
書籍①Java言語で学ぶデザインパターン入門第3版
引用：Amazon
本書は、Javaを用いてGoF（Gang of Four）による23種類のデザインパターンを体系的に学べる入門書です。
初心者でも理解しやすいよう、各デザインパターンがコンパクトなサンプルコードで示されています。
また、各パターンの理解を深めるための練習問題と解答が収録されているので、手を動かしながら学習可能です。
デザインパターンの概念を体系的に理解し、実践的なスキルを身につけたい方は、ぜひ本書をチェックしてみてください。
| 著者 | 結城 浩 |
| 出版社 | SBクリエイティブ |
| 発売日 | 2021年11月12日 |
書籍②【知らないと損をする】レベルアップJava ~デザインパターン編~ Javaの入門を学んだあとはコレ: ~基礎から学べるデザインパターン Java開発の定石
引用：Amazon
本書は、Javaの基礎を身につけた人が、次のステップとしてデザインパターンを学ぶための実践書です。デザインパターンをケースごとに適用できるようになるように解説されているため、実際の開発現場で役立つ知識が得られます。
また、デザインパターンだけでなく、Javaの開発に関する幅広い知識も盛り込まれており、プログラミングスキルを総合的に向上させることができるのも特徴です。
| 著者 | 田村 達也 |
| 出版社 | ー |
| 発売日 | 2020年3月25日 |
書籍③増補改訂版 Java言語で学ぶデザインパターン入門 マルチスレッド編
引用：Amazon
本書は、Javaのマルチスレッドプログラミングを基礎から学べる実践的な入門書です。
スレッドの基本的な知識や、パフォーマンスを改善するヒントなどを段階的に学習できます。
また、用意されている練習問題を解けば、デザインパターンだけでなくJavaプログラミングの全体的なスキルを向上させられるでしょう。
| 著者 | 結城 浩 |
| 出版社 | SBクリエイティブ |
| 発売日 | 2004年6月18日 |
Javaは独学でも学べる？
Javaを学習する際は、書籍を使った独学やスクールやセミナーに通う通学が選択肢として挙げられます。Javaを独学で学ぶメリットとデメリットについてみていきましょう。
Javaを独学で学ぶメリット
Javaを独学で学ぶ最大のメリットは、自由なペースで学習できることです。独学なら、スクールのように決められたスケジュールに縛られることなく、自分の都合に合わせて学習を進められます。
また、費用を抑えられるのも大きな利点です。書籍やオンラインの無料学習サイトを活用すれば、ほとんどお金をかけずに学習を開始できます。
特に、UdemyやProgate、ドットインストールなどのプログラミング学習サイトなら比較的低価格でJavaのスキルを身につけられるでしょう。
さらに、自主的な問題解決能力が身につくのも独学の魅力です。プログラミングは、エラーの解決や新しい知識の習得を自ら行う力が求められます。
独学で学ぶことで、情報を調べる力や問題を解決するスキルが鍛えられ、実務でも役立つ力を養えます。
Javaを独学で学ぶデメリット
Javaの独学は、モチベーションの維持が難しいことが、デメリットの一つです。独学では学習計画を自分で立てる必要があり、明確なゴールがないと途中で挫折しやすくなります。
特に、エラーが解決できない場合や、学習の進め方を迷ったときに、学習を継続する意欲を失いやすいでしょう。
また、誤った理解のまま学習を進めてしまうリスクもあります。プログラミングの概念や文法の理解が不十分なまま進めてしまうと、自己流のコードになり、実務で使いづらいスキルが身についてしまう可能性があります。
書籍やオンライン教材だけでは、実際の開発現場で求められるスキルが身につかないこともあるため、場合によってはスクールやセミナーの受講も検討しましょう。
なお、プログラミングスキルを活用して転職したいと考えている方は、以下の記事を参考にしてみてください。就職におすすめのプログラミングセミナーについて紹介しています。
Javaのデザインパターンについてのまとめ
今回は、Javaのデザインパターンについて紹介しました。デザインパターンは、Javaの開発において押さえておきたい知識の一つです。
適切なパターンを活用することで、コードの可読性や保守性などを向上させることができます。また、デザインパターンを実践的に学ぶためには書籍を活用するのがおすすめです。
今回紹介した書籍を参考にしながら、実際に手を動かしてデザインパターンを習得してみてください。
