Java初心者向け！デザインパターンの基本と実践ガイド

はじめに

Javaプログラミングを学び進める中で、「デザインパターン」という言葉に触れることがあるでしょう。デザインパターンは、よくある問題を解決するための再利用可能な設計のテンプレート です。効率的かつ保守性の高いプログラムを書くために、理解しておくべき重要な概念です。

本記事では、Java初心者向けに デザインパターンの基本概念、主要なパターンの解説、そして実践的なサンプルコードを紹介します。

はじめに

1. デザインパターンとは？
1. デザインパターンの特徴
2. デザインパターンの分類
3. 初心者が押さえておきたい代表的なデザインパターン
4. デザインパターンを学ぶ際のポイント
5. まとめ

1. デザインパターンとは？

デザインパターンは、ソフトウェア設計におけるベストプラクティス をまとめたものです。特定の問題を解決するための設計手法の「ひな形」 として利用されます。

デザインパターンの特徴

再利用可能: 何度も使える設計の枠組み。
共通言語: 開発者同士で設計意図を共有しやすい。
効率的な開発: 問題に対する標準的な解法がすぐに見つかる。

2. デザインパターンの分類

デザインパターンは大きく3つに分類されます。

生成に関するパターン（Creational Patterns）
オブジェクトの生成方法やインスタンス化に関するパターンです。
構造に関するパターン（Structural Patterns）
クラスやオブジェクトの構造、関係を効率よく作るためのパターンです。
振る舞いに関するパターン（Behavioral Patterns）
オブジェクトの振る舞いや相互作用を扱うパターンです。

3. 初心者が押さえておきたい代表的なデザインパターン

ここでは初心者でも理解しやすい、重要なデザインパターンを紹介します。

3.1 シングルトンパターン（Singleton）

目的

1つのクラスで生成されるインスタンスが 1つだけ であることを保証する。

使い方の例

設定管理クラスやログ管理クラスなど、システム全体で1つのインスタンスだけが必要な場合。

実装例

class Singleton {
    private static Singleton instance; // 唯一のインスタンス

    // privateコンストラクタで外部からのインスタンス化を禁止
    private Singleton() {}

    // インスタンス取得用のメソッド
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
        Singleton obj2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(obj1 == obj2); // true: 同一インスタンス
    }
}

3.2 ファクトリメソッドパターン（Factory Method）

目的

オブジェクトの生成処理をクラス外に委譲することで、柔軟なオブジェクト生成を実現する。

使い方の例

複数のサブクラスがあり、どのサブクラスのインスタンスを作るかを動的に決定したい場合。

実装例

// 抽象クラス（製品）
abstract class Animal {
    abstract void sound();
}

// 具体クラス（製品）
class Dog extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("ワンワン");
    }
}

class Cat extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("ニャーニャー");
    }
}

// ファクトリクラス
class AnimalFactory {
    public static Animal createAnimal(String type) {
        if (type.equals("dog")) {
            return new Dog();
        } else if (type.equals("cat")) {
            return new Cat();
        }
        return null;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = AnimalFactory.createAnimal("dog");
        dog.sound(); // 出力: ワンワン

        Animal cat = AnimalFactory.createAnimal("cat");
        cat.sound(); // 出力: ニャーニャー
    }
}

3.3 オブザーバパターン（Observer）

目的

1対多 の依存関係を実現し、対象の状態変化を他のオブジェクトに通知する。

使い方の例

GUIアプリケーションのイベント通知やリアルタイムデータ更新。

実装例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 観察対象（Subject）
class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private int state;

    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyAllObservers();
    }

    private void notifyAllObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(state);
        }
    }
}

// 観察者（Observer）
interface Observer {
    void update(int state);
}

// 具体的な観察者
class ConcreteObserver implements Observer {
    private String name;

    public ConcreteObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(int state) {
        System.out.println(name + "が通知を受け取りました。状態: " + state);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();

        Observer observer1 = new ConcreteObserver("Observer 1");
        Observer observer2 = new ConcreteObserver("Observer 2");

        subject.attach(observer1);
        subject.attach(observer2);

        subject.setState(10); // 両方のオブザーバに通知される
    }
}