お知らせ

Size: px

Start display at page:

Download "お知らせ"

ゆきさにかどり
6 years ago
Views:

1 続デザインパターン入門 1. はじめに前回デザインパターンとは何か? を学びましたなんか難しそうとかエラい人のためのものでしょ? って思う人も多いかもしれませんが実はそんなことないですよーという話もしましたねデザインパターンとはプログラムのお手本集であり実は知らず知らずのうちに使っているものオブジェクト指向の話そのもののパターンもあるといったお話もしましたまたコーディングの経験不足を補うものであることもお話しましたそれからデザインパターンがいつごろ誕生したか 2000 年です Java の誕生と同じタイミングですそのとき基本の 23 パターンを提唱したのが GoF ( Gang Of Four, 四人組 ) といわれる外国人 4 人だという話もしました今回は 23 のうちから代表的な 3 つに絞ってより詳しく見ていきましょう 2. 詳しく見る 1-Singleton パターン Singleton パターンは並み居るパターンのうちでももっともシンプルかつよく使われるパターンです通常クラスからインスタンスを作成する際に new をしてインスタンスを得ますがこれだとインスタンスがいくつでも作れます普通はそれでかまわないんですが何回作ってもまったく同じインスタンスという場合もありますであれば何個も作らずに 1 個だけ作って使いまわした方が効率がいいですね? この仕組みをカタログ化したのが Singleton パターンです実装面で言うとまずパターンを適用したいクラスにそのクラスのインスタンスを保持する static なフィールドを設けますさらにそのクラスのインスタンスを得るための static なメソッドを実装します多くの場合このメソッドには getinstance() の名前が付きます - 1 -

2 getinstance() がやる内容は前述の static フィールドの値を返却するただそれだけですコーディング例を挙げます public class SomeClass { private static SomeClass someclass = new SomeClass(); public static SomeClass getinstance() { return someclass; こうするとこの SomeClass クラスのインスタンスは getinstance() メソッドを呼ぶことで得ることができます返ってくるインスタンスは常にこのクラスが static に保持しているインスタンスですので無駄にインスタンスを作らなくて済みますねでも実はこのままだとこの getinstance() を呼ばなくても new でインスタンスが作れちゃいますみんながみんなこのメソッドを使ってくれるとは限らないですからこれだけだと効果が薄いんですねそこで new できないようにコンストラクタを private にしちゃいます public class SomeClass { private SomeClass() { private static SomeClass someclass = new SomeClass(); public static SomeClass getinstance() { return someclass; この状態だと SomeClass を new しようとした途端 Eclipse にコンストラクター SomeClass は不可視ですとコンパイルエラーを突きつけられます - 2 -

3 でもちょっとまって! インスタンスが 1 個しか必要ないなら単にメソッドを全て static にしてしまってインスタンス化せずに利用できるクラスにすればいいのでは? そう思ったあなた賢いですでもちゃんと Singleton パターンを適用するのには理由があるんです (1) static にするとメソッドのオーバーライドができなくなってしまう ( ア ) 拡張されたクラスを作りたくても作れない ( イ ) テストするときにスタブが作りにくい (2) static にするとインスタンスを複数にできない (Singleton はインスタンスが1つとは限らない ) つまり拡張性や保守性を考えれば static で実装するよりも Singleton パターンで実装した方がよいということですところで余談ですが先の例では static フィールド someclass に初期値として SomeClass クラスのインスタンスを設定していましたが実は null で初期化しておいて getinstance() の中でインスタンス化するほうが一般的です次のようなコードになります public class SomeClass { private SomeClass() { private static SomeClass someclass = null; public static SomeClass getinstance() { if (someclass == null) { someclass = new SomeClass(); return someclass; getinstance の中で someclass が null かどうか判定し null の場合はインスタンス化を行っていますこうするのには理由がありますこの例ではこのクラスはとてもシンプルですがもっと複雑なクラスだった場合あるいはインスタンス化の手続きが重い ( 時間のかかる処理がたくさんある ) 場合だとこのクラスが参照された瞬間にインスタンス化が実行されてしまうのはよくないからです利用するときになって初めてインスタンス化が行われたほうがマシンにかかる負荷の点でも起動時に利用者を待たせるかもしれない可能性を考えても良いということになります - 3 -

4 問題 (1) 内部に StringBuilder のインスタンスを保持していて文章生成を行うクラス SenetenceGenerator を用意しましたまたそのクラスを利用して文章を生成する main メソッドを持つクラス Main も用意しましたしかし現状は結果として空文字列が表示されてしまいます Singleton パターンを適用して正しく文章が表示されるようにしましょう 3. 詳しく見る 2-Iterator パターン Iterator パターンは JDK に Iterator というインタフェースがあるので Java のみなさんおなじみかと思います.NET の方なら Enumerator といえばおわかりいただけるでしょうかとりあえず例を見て見ましょう以下のようなおもちゃを表現するための Toy クラスがあるとします package toybox.easyversion; public class Toy { private String name; public Toy(String name) { this.name = name; public String getname() { return name; - 4 -

5 この Toy クラスのインスタンスの集合体である ToyBox クラスがあるとします package toybox.easyversion; public class ToyBox { private Toy[] toys = new Toy[256]; private int last = 0; public Toy get(int index) { return toys[index]; public void add(toy toy) { this.toys[last] = toy; last++; public int getlength() { return last; public ToyBoxIterator iterator() { ToyBoxIterator it = new ToyBoxIterator(this); return it; このおもちゃ箱クラスは 256 個までおもちゃインスタンスを格納できますなお簡単のため判定処理が入っていないので 257 個めを入れようとするとエラーになりますそしてこのクラスには反復子 ( イテレータ ) のインスタンスを得るためのメソッド iterator() があります反復子は以下のようなメソッドで構成されます hasnext() メソッド次のオブジェクトが存在するか否かを boolean 値で返す next() メソッド次のオブジェクトを取得しつつインデックスを前に進める - 5 -

6 package toybox.easyversion; public class ToyBoxIterator { private ToyBox toybox; private int index; public ToyBoxIterator(ToyBox toybox) { this.toybox = toybox; this.index = 0; public boolean hasnext() { boolean result = index < toybox.getlength(); return result; public Toy next() { Toy toy = toybox.get(index); index++; return toy; またフィールドとしておもちゃ箱インスタンスを保持します hasnext() や next() のメソッドはこのインスタンスについて次の有無を確認したり取り出して返したりしますこのクラスを群を利用して複数のおもちゃインスタンスを管理すると次のようなコードになります package toybox.easyversion; public class Main { public static void main(string[] args) { // おもちゃをおもちゃ箱に 4 つ格納 ToyBox toybox = new ToyBox(); toybox.add(new Toy(" ヨーヨー ")); toybox.add(new Toy(" おはじき ")); toybox.add(new Toy(" ぬいぐるみ ")); toybox.add(new Toy(" 剣玉 ")); // おもちゃ箱インスタンスからおもちゃ箱反復子 ( イテレータ ) を得る ToyBoxIterator it = toybox.iterator(); // 次がある間取り出して名前を表示する処理を繰り返す while (it.hasnext()) { Toy toy = it.next(); System.out.println(toy.getName()); - 6 -

7 こうしておくとこの繰り返し処理は ToyBox クラスの実装に依存しなくなるつまり ToyBox クラスをどんなに変更しようがこの繰り返し部分の変更が不要となります問題 Toy インスタンスを配列ではなく List で管理するように ToyBox クラスと ToyBoxIterator クラスの実装を変更し繰り返し処理に変更が必要ないことを確認しましょうさて上記に示した例は簡単のためシンプルに書きましたが実際にはもっと汎用性を高めるためインタフェースを使用して表現するのが普通ですまず集合体となるクラス上記の例では ToyBox クラスですがが iterator() メソッドを持つようにインタフェースを用意し ToyBox クラスに実装させます package toybox; public interface Aggregate { public abstract Iterator iterator(); package toybox; public class ToyBox implements Aggregate { private Toy[] toys = new Toy[256]; private int last = 0; public Toy get(int index) { return toys[index]; public void add(toy toy) { this.toys[last] = toy; last++; public int getlength() { return last; public Iterator iterator() { Iterator it = new ToyBoxIterator(this); return it; - 7 -

8 Aggregate とは集合体という意味です何かの集合体であるクラスにはこのインタフェースを実装させるというルールにすれば必然的に Iterator を返すような iterator() メソッドを実装することになります次に Iterator インタフェースを用意して反復子クラス例では ToyBoxIterator クラスですに実装させます Iterator インタフェースはメソッドとして next() と hasnext() を実装することを要求します package toybox; public interface Iterator { public abstract boolean hasnext(); public abstract Object next(); package toybox; public class ToyBoxIterator implements Iterator { private ToyBox toybox; private int index; public ToyBoxIterator(ToyBox toybox) { this.toybox = toybox; this.index = 0; public boolean hasnext() { boolean result = false; if (index < toybox.getlength()) { result = true; return result; public Object next() { Toy toy = toybox.get(index); index++; return toy; このようにすることで例えばこれが ToyBox クラスではなく全然別な集合体を扱う場合でも同じように扱うことができます - 8 -

9 main のクラスは次のようになります package toybox; public class Main { public static void main(string[] args) { // おもちゃをおもちゃ箱に 4 つ格納 ToyBox toybox = new ToyBox(); toybox.add(new Toy(" ヨーヨー ")); toybox.add(new Toy(" おはじき ")); toybox.add(new Toy(" ぬいぐるみ ")); toybox.add(new Toy(" 剣玉 ")); // おもちゃ箱インスタンスから反復子 ( イテレータ ) を得る Iterator it = toybox.iterator(); // 次がある間取り出して名前を表示する処理を繰り返す while (it.hasnext()) { Toy toy = (Toy)it.next(); System.out.println(toy.getName()); ToyBox クラスをインスタンス化して Toy インスタンスを詰め込むところは一緒です next() メソッドが汎用化のために戻り値の方が Object になったことでキャストが必要になってしまいましたがあとは一緒です宿題実際にこのクラスを作成しましょう実は続きがあります汎用化したものをさらに使いやすくするため JDK5.0 以降に導入されているジェネリクス宣言を使うと集合体に何のクラスのインスタンスが入るのかを指定することができるようになります普段 Java や.NET でコーディングしていると List<String> だのと書くこともあると思いますがあれですここでは基本をおさえるということでそこまではやりませんが頭の片隅にいれておいていただけるといいかと思います - 9 -

10 4. 詳しく見る 3-FlyWeight パターン 3 つめは FlyWeight パターンを見て見ましょう ( 前回とまったく同じでは面白くないので :-p) FlyWeight というのはボクシングでいうフライ級のことですコーディングにおいてはなにをフライ級にする (= 減量する ) かというとメモリに保持するインスタンスです例を見て見ましょう /** * インスタンスを 1 つ作るのにとても時間とメモリを食うクラス */ public class HeavyObject { private Object heavydata; public Object getheavydata() { return heavydata; /** * コンストラクタ引数を元にしてフィールドの値を設定する seed */ public HeavyObject(String seed) { this.heavydata = generateheavydata(seed); /** * 何か重い処理をしてメモリを食うような重い結果を生成して返すメソッド seed */ private Object generateheavydata(string seed) { // ここで何か重い処理をしてメモリを食うような重い結果を生成 try { Thread.sleep(1000); catch (InterruptedException e) { // 重い物を返す ( イメージ ) return seed; 上記はインスタンスを作るのにすごく時間がかかってかつメモリを大量に消費するクラスです簡単のために重い重いといいつつシンプルな処理になっていて時間がかかるといっても sleep しているだけですが ( 笑 ) 実際の現場の開発では本当に時間とメモリを消費するようなクラスは存在します例えば計算に時間がかってかつ結果データがすごく大きいなどです

11 このクラスのインスタンスをいくつか作る処理があるとします public static void main(string[] args) { HeavyObject objt = new HeavyObject("T"); HeavyObject objh = new HeavyObject("H"); HeavyObject obji = new HeavyObject("I"); HeavyObject objs = new HeavyObject("S"); HeavyObject obji2 = new HeavyObject("I"); HeavyObject objs2 = new HeavyObject("S"); HeavyObject obja = new HeavyObject("A"); HeavyObject objp = new HeavyObject("P"); HeavyObject obje = new HeavyObject("E"); HeavyObject objn = new HeavyObject("N"); System.out.println(objI); System.out.println(objI2); アルファベットを 1 文字ずつコンストラクタに渡し 10 個のインスタンスを作っています 1 個のインスタンスを作るのに 1 秒かかるとすると合計 10 秒かかりますまた 1 個のインスタンスがメモリを 1 メガバイト消費するとすると合計 10 メガバイトのメモリが消費されます最後に変数 obji と obji2 を表示していますがコンストラクタに渡す引数は同じでも当然違うインスタンスなので違う値が表示されます出力例 mysample.heavyobject@26db62 mysample.heavyobject@10d0630 しかし obji と obji2 が持っている内部データはどう考えても同じのはずですだからインスタンスを 2 つ作ってしまうのはムダでは次のようなコードだったらどうでしょう?

12 public static void main(string[] args) { HeavyObject objt = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("T"); HeavyObject objh = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("H"); HeavyObject obji = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("I"); HeavyObject objs = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("S"); HeavyObject obji2 = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("I"); HeavyObject objs2 = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("S"); HeavyObject obja = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("A"); HeavyObject objp = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("P"); HeavyObject obje = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("E"); HeavyObject objn = HeavyObjectGenerator.getHeavyObject("N"); System.out.println(objI); System.out.println(objI2); HeavyObjectGenerator というインスタンスを生成するためのクラスが登場しますがそれは例えばこんなコードで書かれます package mysample; import java.util.hashmap; import java.util.map; /** * HeavyObject インスタンスを作るクラス */ public class HeavyObjectGenerator { private HeavyObjectGenerator() { private static Map<String, HeavyObject> instancepool = new HashMap<String, HeavyObject>(); public static HeavyObject getheavyobject(string s) { if (!instancepool.containskey(s)) { instancepool.put(s, new HeavyObject(s)); return instancepool.get(s); instancepool というフィールド変数がインスタンスを保持しておくプールになっていて getheavyobject() メソッドにおいてはすでに存在するインスタンスであればそこから引っ張りだされて返却されますもし存在しなければ新たに new されます main メソッドが実行されると次のように表示されます出力例 mysample.heavyobject@921a90 mysample.heavyobject@921a

13 つまり obji と obji2 はまったく同じインスタンスです T I S I T S I H S H 同じものは 1 つずつで十分! 問題実際にこのクラスを作成しましょうその際実際に速度の差がわかるように main メソッドは次のように書きましょう public static void main(string[] args) { long start = System.currentTimeMillis(); // ( インスタンス取得表示処理 ) long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println((end - start) / 1000); 5. まとめ今回は 23 のパターンのうち 3 つにしぼって少し詳しく解説しましたたった 3 つですが少しでもデザインパターンを知ることの価値意義を感じていただけたら幸いです次回は 11 月上旬を予定しております実際の現場の開発ではどういった面に使われているのかを学べたらいいなと考えて鋭意ネタを仕込んでおります乞うご期待今日のソースファイル

Microsoft PowerPoint ppt

Microsoft PowerPoint ppt 独習 Java ( 第 3 版 ) 6.7 変数の修飾子 6.8 コンストラクタの修飾子 6.9 メソッドの修飾子 6.10 Object クラスと Class クラス 6.7 変数の修飾子 (1/3) 変数宣言の直前に指定できる修飾子全部で 7 種類あるキーワード final private protected public static transient volatile 意味定数として使える変数同じクラスのコードからしかアクセスできない変数サブクラスまたは同じパッケージ内のコードからしかアクセスできない変数他のクラスからアクセスできる変数インスタンス変数ではない変数クラスの永続的な状態の一部ではない変数不意に値が変更されることがある変数