プログラミング言語『 Java 』を学んでみよう

はい、colorful beansです。
今回のプログラミング学習は、Javaについて自主学習していきたいと思います。

Javaは、オブジェクト指向プログラミング言語の一つであり、多くのプログラマーによって利用されています。Javaは、プラットフォーム非依存性やガベージコレクションなどの特徴を持ち、多くの用途に利用されています。
本記事では、Javaについて基本的な情報から詳細な情報までを提供し、Javaを学びたい初心者の方にも分かりやすく解説します。

Javaとは何か

はずはじめに、Javaとはなにかについて、その歴史や特徴や使い方などを解説していきましょう！

Javaの歴史

Javaの歴史は、1990年12月にサン・マイクロシステムズ（サン）が、次世代の家電製品が内蔵するマイクロコントローラ向けのプログラミング言語を開発するための水面下プロジェクトをリサーチ段階を兼ねて試験的に立ち上げたことから始まります。
その後、1991年にJavaの開発が正式に始まり、1995年に最初のバージョンがリリースされました。

Javaは、当初は家電製品向けのプログラミング言語として開発されましたが、その後、インターネットの普及に伴い、Webアプリケーションやサーバーサイドアプリケーションなど、様々な用途に利用されるようになりました。

Javaの特徴

Javaにはいくつかの特徴がありますので下記にまとめます。

• プラットフォームに依存しない
  Java は仮想マシン（Java 仮想マシンまたは JVM）上で実行されるため、プラットフォームに依存せずに動作します。これにより、Java で書かれたプログラムは異なる扱いでシステム上で実行できます。
• オブジェクト指向プログラミング
  Java はオブジェクト指向プログラミング (OOP) の原則に基づいています。クラス、オブジェクト、継承、ポリモーフィズムなどの OOP の概念をサポートしています。
• ガベージコレクション
  Java は自動的にメモリ管理を行います。
  ガベージコレクションを提供します。
  開発者は故意にメモリを解放する必要がないため、メモリ関連のエラーを防ぐことができます。
• 強い型付け
  Java は静的な型付け言語であり、変数やメソッドに明示的な型を宣言する必要があります。これにより、コンパイル時にエラーを事前に検出することができます。

Javaの用途

Javaは幅広い用途で利用されています。
以下にまとめて紹介しましょう。

• ウェブ アプリケーション
  Java はサーバーサイドのウェブ アプリケーション開発に広く使用されています。
  Java Servlet や JavaServer Pages（JSP）などの技術を使って、動的なウェブページやウェブサービスを構築できます。
• デスクトップ アプリケーション
  Java はクロスプラットフォームのデスクトップ アプリケーション開発にも使用されます。
  Swing や JavaFX などのツール キットを使用して、グラフィカルなユーザー インターフェース（UI）を作成できます。
• モバイル アプリケーション
  Java は Android アプリケーションの開発に広く使用されています。
  Android プラットフォームは Java をベースとして、Java 言語を使用してアプリケーションを開発できます。
  Java を使用することで、Android デバイス上でで動作する高性能なモバイルアプリケーションを作成できます。

Javaのバージョン

Javaは進化し続けるプログラミング言語であり、定期的に新しいバージョンがリリースされます。以下にいくつかの主要なJavaのバージョンを紹介します。

1. Java SE (Standard Edition)
   Java SEは一般的なアプリケーション開発に使用されるJavaの標準版です。最新のバージョンはJava SE 17です。Java SEは、基本的な機能やライブラリを提供し、開発者がJavaアプリケーションを作成するためのプラットフォームを提供します。
2. Java EE (Enterprise Edition)
   Java EE は企業向けのアプリケーション開発に特化した Java のエディションです。Java EE は、分散コンピューティングや戦闘処理、セキュリティ、データベース接続など、エンタープライズ レベルの機能が提供されます。 Java EEはバージョン8まで存在しましたが、現在はJava EEの仕様がEclipse Foundationに移管され、Eclipse Jakarta EEとして開発が進められています。
3. Java ME (Micro Edition)
   Java ME は、モバイルデバイスや組み込みシステム向けの軽量な Java のエディションです。Java ME はリスクのあるデバイスや低電力環境で動作するアプリケーションを開発するために使用されます。携帯電話やセンサーデバイス、家電製品などJava MEをサポートしています。
4. JavaFX
   JavaFX は、Java プラットフォーム向けの対話型のグラフィカル ユーザー インターフェース（GUI）およびマルチメディア アプリケーションの開発に使用される技術です。JavaFX はリッチな視覚効果やアニメーション、ビデオ再生などの機能を提供します。 JavaFXはJava SEの一部として提供されており、Java SE 11以降、JavaFXはOpenJFXプロジェクトとしてオープンソース化されました。

上記のバージョンはJavaの主要なバージョンと機能セットをカバーしていますが、Javaコミュニティは継続的に開発を進めており、新たなバージョンや機能のリリースが予定されています。最新の情報はJavaの公式ウェブサイトや開発者コミュニティの情報源で確認することをおすすめします。

Javaの特徴

Javanoの特徴を以下、４つの項目で説明します。

オブジェクト指向プログラミング

Javaは、オブジェクト指向プログラミング言語の一つであり、オブジェクト指向プログラミングの概念を取り入れています。オブジェクト指向プログラミングは、プログラムをオブジェクトとして扱い、それらのオブジェクト間でデータをやり取りすることができるようになっています。

プラットフォーム非依存性

Javaは、プラットフォーム非依存性を持っています。つまり、Javaで書かれたプログラムは、どのプラットフォームでも動作することができます。これは、Javaがバイトコードという形式でコンパイルされるためです。

ガベージコレクション

Javaは、ガベージコレクションという仕組みを持っています。ガベージコレクションは、不要になったメモリ領域を自動的に解放する仕組みです。これにより、メモリリークなどの問題を回避することができます。

例外処理

Javaは、例外処理機構を持っています。例外処理機構は、プログラム実行中に発生したエラーを捕捉し、適切な処理を行うことができます。これにより、プログラムの安定性を高めることができます。

Java開発環境の構築方法

Javaの開発環境を構築する方法は、以下の手順で行うことができます。

1. Java SE Development Kit (JDK)のインストール
2. 統合開発環境（IDE）のインストール
3. 環境変数の設定

JDKは、Javaを開発するために必要なツールが含まれているパッケージです。JDKをインストールすることで、JavaコンパイラやJavaランタイム環境（JRE）などがインストールされます。JDKのダウンロードは、Oracleの公式サイトから行うことができます。

IDEは、Javaを開発するための統合開発環境です。代表的なIDEには、EclipseやIntelliJ IDEAなどがあります。IDEを使用することで、コードの自動補完やデバッグ機能などが利用できるようになります。

環境変数の設定は、Javaを開発するために必要なパスを設定する作業です。Windowsの場合は、「システムのプロパティ」から「環境変数」を選択し、「Path」にJDKのインストール先を追加します。

以上が、Javaの開発環境を構築するための基本的な手順です。詳しい手順については、以下のサイトを参考にしてください。

• 【Java初心者必見！】Javaの開発環境を構築する方法を解説！
• Java開発環境の構築手順を初心者向けに解説 おすすめツール
• 初心者必見！Java開発環境の構築手順

Javaの基本構文

Javaの基本構文について、初心者向けに簡単な説明を下記にまとめています。

• 変数とデータ型
  • Javaでは、変数を宣言する際に、その変数がどのようなデータ型を持つかを指定する必要があります。代表的なデータ型には、int型やString型などがあります。
• 条件分岐と繰り返し処理
  • 条件分岐とは、ある条件が成立した場合に、プログラムの処理を分岐させることができる構文です。Javaでは、if文やswitch文などがあります。
  • 繰り返し処理とは、ある処理を繰り返し実行することができる構文です。Javaでは、for文やwhile文などがあります。
• 配列とリスト
  • 配列とは、同じ種類の複数のデータをまとめて扱うことができるデータ型です。Javaでは、配列を宣言する際に、その配列の要素数を指定する必要があります。
  • リストとは、配列よりも柔軟に要素を扱うことができるデータ型です。Javaでは、ArrayListやLinkedListなどがあります。
• メソッドと関数
  • メソッドとは、ある処理をまとめて名前をつけたものです。Javaでは、メソッドを定義する際に、戻り値の型や引数の型などを指定する必要があります。
  • 関数とは、メソッドの一種であり、戻り値を返す処理のことです。

以上が、Javaの基本構文についての解説です。詳しい解説については以下のサイトを参考にしてください。

• Javaの基本文法をわかりやすく解説！
• Javaの基礎（条件分岐・繰り返し処理）
• 【はじめてのJava】switch文 基本構文編

Javaでのプログラミング

Javaでのプログラミングについて、初心者向けに簡単に４つの項目で解説しています。

クラスとオブジェクト

Javaでは、クラスという設計図を作成することで、オブジェクトを生成することができます。クラスは、オブジェクトの属性や振る舞いを定義するものであり、オブジェクトは、そのクラスの設計図に基づいて生成された実体です。

継承とポリモーフィズム

継承とは、あるクラスを基にして新しいクラスを作成することができる機能です。継承元のクラスを親クラス、継承先のクラスを子クラスと呼びます。子クラスは、親クラスの属性や振る舞いを引き継ぐことができます。

ポリモーフィズムとは、同じ名前のメソッドを複数のクラスで定義することができる機能です。Javaでは、オーバーロードやオーバーライドなどがあります。

インターフェースと抽象クラス

インターフェースは、ある機能を提供するためのメソッドの一覧を定義したものです。Javaでは、インターフェースを実装することで、その機能を提供することができます。

抽象クラスは、具体的な実装を持たないクラスです。Javaでは、抽象メソッドを持つクラスを抽象クラスと呼びます。

パッケージとインポート文

パッケージは、関連するクラスやインターフェースなどをまとめたものです。Javaでは、パッケージ名を指定して、その中に含まれるクラスやインターフェースなどを利用することができます。
インポート文は、パッケージ内に含まれるクラスやインターフェースなどを利用するために必要なものです。Javaでは、import文を使用して、必要なパッケージやクラスなどを指定します。
以上が、Javaでのプログラミングについての解説です。詳しい解説については以下のサイトを参考にしてください。

Java入門講座【初心者向け】 – JavaStudy

Javaでのエラー処理

Javaでのエラー処理について、以下の４つの内容を初心者向けに解説します。

• 例外処理の基本的な考え方
  • Javaでは、プログラム実行中にエラーが発生した場合、例外という形でエラーを通知する仕組みがあります。例外は、プログラム実行中に発生した異常な状況を表し、例外が発生した場合には、プログラムが異常終了することがあります。
• try-catch文による例外処理
  • try-catch文は、例外が発生した場合に、その例外をキャッチして処理するための構文です。tryブロック内で例外が発生した場合、catchブロック内で例外をキャッチして処理することができます。
• finallyブロックによる例外処理
  • finallyブロックは、try-catch文の後に必ず実行されるブロックです。finallyブロックは、例外が発生しても発生しなくても必ず実行されるため、リソースの解放などに利用されます。
• 例外処理のベストプラクティス
  • 例外処理では、適切な例外クラスを選択することが重要です。また、例外処理は必要最小限に留めることが望ましいため、try-catch文の中で行うべき処理は最小限に抑えるようにしましょう。

以上が、Javaでのエラー処理についての解説です。詳しい解説については以下のサイトを参考にしてください。

• Java入門講座【初心者向け】 – JavaStudy
• 【初心者向けにわかりやすく】Javaによるtry-catchの基本

Javaでのデバッグ

Javaでのデバッグについて、以下の４つの内容を初心者向けに解説します。

• デバッグツールの使い方
  • Javaには、EclipseやIntelliJ IDEAなどの統合開発環境（IDE）にデバッグ機能が備わっています。デバッグ機能を使うことで、プログラムの実行中に変数の値やメソッドの呼び出し履歴などを確認することができます。
• ログ出力によるデバッグ方法
  • ログ出力によるデバッグ方法は、プログラム実行中にログを出力することで、プログラムの実行状況を確認する方法です。Javaでは、java.util.loggingパッケージを使用してログ出力を行うことができます。
• デバッグ時によく使われるコマンドやオプション
  • Javaには、デバッグ時によく使われるコマンドやオプションがあります。例えば、-Xdebugや-Xrunjdwpなどがあります。
• デバッグ時に注意すべき点
  • デバッグ時には、プログラムの実行速度が遅くなるため、本番環境では使用しないようにしましょう。また、デバッグ時には、変数の値やメソッドの呼び出し履歴などを確認することができますが、それでも問題が解決しない場合は、コードを見直す必要があります。

以上が、Javaでのデバッグについての解説です。詳しい解説については以下のサイトを参考にしてください。

• Java入門講座【初心者向け】 – JavaStudy
• 【Java入門】Loggerの使い方(ログレベル、出力先の設定も解説) – SEJUKU.NET
• Java開発をデバッグ実行で効率化 Eclipseでの操作方法も解説 – Potepan Style

JavaでのGUIプログラミング

JavaでのGUI（Graphical User Interface）プログラミングは、ユーザーが直感的に操作できるローカルなアプリケーションの作成を可能にします。以下では、JavaのGUIプログラミングについて解説します。

JavaのGUIプログラミングでは、主に次の２つの方法が一般的に使われます。

1. AWT（Abstract Window Toolkit）
   AWTは、Javaの初期のGUIツールキットであり、基本的なウィンドウ、ボタン、テキストフィールドなどのコンポーネントを提供します。AWTのコンポーネントは、ネイティブなウィンドウシステムの機能を使用しますAWTはJavaの標準機能として提供されますが、外観やパフォーマンスに重点があります。
2. Swing
   Swing は、Java の高度な GUI ツール キットであり、AWT をベースにしていますが、より多機能で柔軟な GUI アプリケーションを作成することができます。Swing はプラットフォームに依存しない純粋な Java のライブラリであり、Javaの標準ライブラリとして提供されています。

以下では、Swingを使用したGUIプログラミングの例を紹介します。

1. JFrameクラスを継承したクラスを作成する。
2. コンストラクタでウィンドウのタイトルやサイズなどを設定する。
3. ウィンドウを閉じる処理を設定する。
4. ウィンドウに表示するコンポーネント（ボタン、テキストフィールドなど）を作成し、ウィンドウに追加する。
5. ウィンドウを表示する。

以下は、上記手順に従って作成したサンプルコードです。

import javax.swing.*;

public class SampleFrame extends JFrame {
    public SampleFrame() {
        setTitle("Sample Frame");
        setSize(300, 200);
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        JButton button = new JButton("Click me!");
        getContentPane().add(button);
    }

    public static void main(String[] args) {
        SampleFrame frame = new SampleFrame();
        frame.setVisible(true);
    }
}

以上が、JavaでのGUIプログラミングの基本的な手順です。

Javaでのネットワークプログラミング

Javaでのネットワークプログラミングについて解説します。

Javaでのネットワークプログラミングでは、java.netパッケージを使用します。以下は、サーバーとクライアント間でメッセージを送受信する簡単な例です。

サーバー側のコード

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(12345);
        System.out.println("Waiting for a client...");

        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        System.out.println("Client connected: " + clientSocket.getInetAddress());

        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
        PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);

        String message;
        while ((message = in.readLine()) != null) {
            System.out.println("Received message: " + message);
            out.println("Server received message: " + message);
        }

        in.close();
        out.close();
        clientSocket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

クライアント側のコード

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("localhost", 12345);

        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

        BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        String userInput;
        while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
            out.println(userInput);
            System.out.println("Server response: " + in.readLine());
        }

        out.close();
        in.close();
        stdIn.close();
        socket.close();
    }
}

以上が、Javaでのネットワークプログラミングの基本的な手順です。

Javaでのマルチスレッドプログラミング

Javaでのマルチスレッドプログラミングについて解説します。

Javaでマルチスレッドプログラミングを行う場合、Threadクラスを継承するか、Runnableインタフェースを実装することが一般的です。以下は、Threadクラスを継承したクラスを使用した例です。

public class SampleThread extends Thread {
    public void run() {
        // スレッドで実行する処理
    }

    public static void main(String[] args) {
        SampleThread thread = new SampleThread();
        thread.start();
    }
}

以下は、Runnableインタフェースを実装した例です。

public class SampleRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // スレッドで実行する処理
    }

    public static void main(String[] args) {
        SampleRunnable runnable = new SampleRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
}

以上が、Javaでのマルチスレッドプログラミングの基本的な手順です。

後書き

Javaは、多くのプログラマーによって利用されているオブジェクト指向プログラミング言語の一つであり、多くの用途に利用されています。本記事では、Javaについて基本的な情報から詳細な情報までを提供し、初心者の方でも分かりやすく解説しました。Javaを学びたい方は、ぜひ本記事を参考にしてください。

より詳しく学ぶ為の参考文献は以下になります。

• Java SE Documentation. Oracle.
• Java Tutorials. Oracle.
• Java Magazine. Oracle.
• Effective Java. Joshua Bloch. Addison-Wesley Professional, 2017.
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独学ではやはり限界を感じたり、壁にぶち当たるとおもいますので、1人で迷わずプロに相談することをオススメします。最近では無料診断とかもあるみたいですし、是非活用してみてください。

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今回の如何でしたでしょうか？
私の自己学習もまだまだ入り口、幅広く、入り口を学び、どの言語が自分に合いそうかを確かめている段階です。
皆様もまた、諦めること無く学びを続けてください。

では。