【Java初心者必見】Javaのおすすめライブラリと使い方について徹底解説！

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Javaのフリーランス・副業案件

ライブラリとは

システム開発でプログラミングを行う際、ひとりで機能を実装すると多くの時間がかかってしまいます。

そのため、言語によっては「ライブラリ」と呼ばれるものが存在します。

ライブラリとは、プログラミング時に他の人が作成した便利な機能や機能の集まりを、自分も利用できるものです。

利用時には、ライブラリ内の汎用的なクラスを呼び出すだけで、そのクラス機能を利用することができます。

Javaには、標準でライブラリが用意されています。標準ライブラリには、日付を扱うDataライブラリや、複雑な計算ができるMathライブラリなどがあります。

Javaは、多くの機能を持ち、柔軟で堅牢な開発言語であるため、さまざまなITシステムで広く使用されています。

そのためJavaには、標準ライブラリとは別に、第三者によって公開されたライブラリも多数存在し、それらは「サードパーティライブラリ」と呼ばれています。

他にも、便利なライブラリは、オープンソースとして公開されています。

機能は多岐に渡り、定番で使用されるロギング用のlog4jやLogback、Excel・Wordを操作するApachePOIなどもあります。

ここでは、Java開発の現場でもよく使われるライブラリを用途に合わせて紹介します。

おすすめのJavaライブラリ一覧

Javaのライブラリには多くの種類があるのをご存知でしょうか。

実現したい機能により、使用するライブラリが異なります。

ここでは、代表的なライブラリを紹介します。

GUI

GUIは「グラフィカル・ユーザー・インターフェース」の略です。

PCやスマートフォンなどのグラフィカルな画面でプログラムを操作するための方法です。

Swing

Swingは、JavaでGUIを作成するためのライブラリの一つです。

Swingを使用することで、初心者でも簡単にさまざまなプラットフォーム上のGUIアプリケーションを作成することができます。

例えば、ボタン、テキストフィールド、チェックボックスなどのコンポーネントを作成し、コンポーネントの配置やイベント処理などを簡単に行うことができます。

また、javaSE11では、java.desktopモジュール内にswingも含まれているため、すぐに使用することができます。

画像処理

画像処理とは、画像データをもとに、以下の処理が可能です。

• パターン検知
• 大きさの計測
• 基準値と比較判定

主に、画像データの解析ができます。

OpenCV

OpenCVは、Intelによって開発されたオープンソースの画像処理用のライブラリで顔検出、物体認識、特徴抽出などの機能を提供します。

OpenCVを使用すると、画像ファイルの読み込みや書き込み、画像処理フィルタの適用などを簡単に行うことができます。

構造はシンプルで、動作は非常に軽く、使いやすいと言われています。iOSやAndroidなどをプラットホームとするモバイル機器でも利用が可能です。

画像処理の初心者にも容易に使いこなせます。

2022年12月にOpenCV4.7.0がリリースされており、ディープラーニング推論を実行するための機能（OpenCV DNN module）も追加されています。これを使用して、多くの深層学習機能を実行できます。

以下から入手が可能です。

参照先：OpenCV

CSVの処理

OpenCSVは、読み込みや書き込み、カスタムの区切り文字の指定などのシンプルな機能を提供します。

CSVに関連したライブラリは他にも多数存在しますが、テキストベースのファイル読み込みおよび解析となるので、基本的なクラスを用いて自前で実装することもあります。また、CSVファイル内の値のチェックなどは自分で実装する想定となっているため、初心者が実装する際によい勉強教材ともなると思います。

案件で実装する場合は、ライブラリを活用したほうが効率的です。

参照先：http://opencsv.sourceforge.net/

Open CSV

OpenCSVは、読み込みや書き込み、カスタムの区切り文字の指定などのシンプルな機能を提供します。

CSVに関連したライブラリは、多く存在しますが、テキストベースのファイル読み込みおよび解析は、基本的なクラスを用いてプログラマーを実装することもあります。

参照先：http://opencsv.sourceforge.net/

JSON

JSONは、テキストベースで単純なフォーマット構造化の記述が可能です。

単純なフォーマット構造であることから、読み込んだり、加工したりしやすく、JavaやC言語、Pythonなど多くのプログラミング言語で活用されています。

Jackson

Jacksonは、JSON形式のデータを処理するためのライブラリです。

JSONは、Jacksonを使用することで、JSONデータのパース、JSONデータをJavaオブジェクトに変換が可能です。もちろん、JavaオブジェクトからJSONデータに変換することもできます。

Jacksonの主な機能は、JSON形式のデータを取り扱うことですが、CSVやXML、YAML、BSONなどでエンコードされたデータを処理できます。

推奨されるメジャーバージョンは、2.xとなります。

参照先：GitHub – FasterXML/jackson: Main Portal page for the Jackson project

構文解析

構文解析とは、パージング(parsing)と呼ばれ、ソースコートなど単語などで構成される文を定義した文法を解釈して、文の構造を明確にすることです。

JavaParser

JavaParserは、Javaコードの構文解析、トークン解析、AST（抽象構文木）の作成などの機能を提供するライブラリです。

JavaParserを使用すると、Javaコードの自動生成、Javaコードのリファクタリングなどの作業を簡単に行うことができます。

参照元：JavaParser

グラフ

ライブラリには、データ解析だけでなく、視覚化としてグラフを作成する機能も提供されています。

JFreeChart

JFreeChartは、Javaで最も広く使用されているグラフを描画するためのJavaライブラリです。

グラフの元になるデータを与えるだけで以下のグラフ描画が可能です。

• 円グラフ
• 折れ線グラブ
• 棒グラフ
• レーダーチャートなど

また、さまざまな出力形式が可能で、JavaのSwing(GUI)や画像ファイル(PNGやJPEG)、PDFなどで出力も可能です。

参照元：JFreeChart

ssh

SSH は安全なリモート ログイン、安全なファイル転送、および安全な TCP/IP と X11 転送をサポートします。

また、送信データを自動的に暗号化、認証、および圧縮が可能です。

Linuxなどのサーバーへログインして操作する場合には、コマンドプロンプトよりSSHコマンドを実行することとなりますが、Javaのコード上からSSHコマンドを実行するライブラリも存在します。

JSch

Javaでssh接続する際に使用するライブラリとして、JSchがあります。

JSchは、Javaでssh接続を実現するための機能を提供します。

以下に機能例を挙げます。

• SSH2プロトコルサポート
• 鍵交換暗号化
• ポート転送/ストリーム転送
• パケット圧縮(zlib)
• リモートサーバー上のファイル操作

参照元：JSch – Java Secure Channel

機械学習

機械学習とは、コンピュータに大量のデータを読み込ませて、データ内に潜むパターンから人間ではわからない、未知のパターンルールを獲得するデータ解析技術です。

近年では、AI・人工知能として注目されている分野です。

DeepLearning4j

Javaの機械学習には、DeepLearning4jライブラリがあります。

DeepLearning4jは、ニューラルネットワークの構築、訓練、推論などの機能を提供します。

DeepLearning4jを使用すると、Javaで機械学習の実施が可能です。

また、機械学習やディープラーニングのメジャーな開発言語であるPythonで構築されたモデルを実行するなど、ほかの環境と相互運用しながらjavaからモデルをトレーニングできるフレームワークとなります。

参照先：Deeplearning4j

Javaライブラリの使い方

Javaライブラリを使用するための基本的な方法について説明します。

Javaライブラリは、ビルドされたjarファイルとして公開されています。

以下の方法でライブラリを利用することが可能です。

• システムにインストール
• コマンドを利用してコンパイル
• clipseを使ったインストール

事前準備

Javaライブラリを使用する前に、必要なライブラリをダウンロードする必要があります。

ライブラリをダウンロードする方法は以下の通りです。

• ライブラリの公式サイトからダウンロードする
• ビルド管理ツール（MavenやGradle）を使用してダウンロードする

インストール

Javaライブラリを使用するには、ダウンロードしたライブラリをJavaプロジェクトにインストールする必要があります。

ライブラリのインストールには、ライブラリをJavaプロジェクトに追加する方法や、ビルド管理ツールを使用します。

Windowsを使用する場合、JavaのJREがインストールされたフォルダにコピーしてください。

コマンドでコンパイル・実行

Javaライブラリを使用する場合、Javaのコマンドラインツールを使用してコンパイル・実行することができます。

コンパイルする際には、ライブラリのパスを指定してコンパイルする必要があります。

また、実行時は、ライブラリのパスを指定してください。

Eclipseでビルド・パスに追加

Eclipseを使用する場合は、プロジェクトのビルド・パスにライブラリを追加することで、ライブラリを使用することができます。

追加する手順は以下の通りです。

1. 1.プロジェクトを右クリックし、「プロパティ」を選択します。
2. 左側のメニューから「Javaビルド・パス」を選択します。
3. 「ライブラリ」タブを選択し、「外部JAR」を選択します。
4. ダウンロードしたライブラリを選択し、「OK」をクリックします。

MavenやGradleを用いたインストール方法について

Javaライブラリを使用する場合、MavenやGradleといったビルド管理ツールを使用することが一般的です。

これらのツールを使用することで、必要なライブラリを簡単にインストールすることができます。

Mavenを使用する場合

以下の手順で実行してください。（Windowsの場合）

1. ダウンロードサイトでMaven本体をインストールします。
2. インストールしたzipを解凍します。
3. システムパスを設定します。

環境変数Pathの先頭に「C:\maven\bin」を追加します。

4. インストールしたバージョンを確認します。

コマンドプロンプトを起動し、「mvn -version」のコマンドを実行します。

Gradleを使用する場合

1. ダウンロードサイトでMaven本体をインストールします。
2. インストールしたzipを解凍します。
3. 環境変数Pathに「%GRADLE_HOME%\¥bin」
4. インストールしたバージョンを確認します。
5. コマンドプロンプトを起動し、「gradle -version」のコマンドを実行します。

ライブラリの作成方法

Javaライブラリを作成するには、Javaプログラムを作成し、それをJARファイルとしてパッケージングする必要があります。

JARファイルとは、Javaのアプリケーションやライブラリをパッケージングするためのファイル形式の一つで、Javaのクラスファイルやリソースを含むことができます。

プロジェクトの作成

ライブラリを作成するには、まずJavaプロジェクトを作成する必要があります。EclipseやIntelliJ IDEAなどの統合開発環境（IDE）を使用する場合は、新しいJavaプロジェクトを作成します。

パッケージの作成

プロジェクト内に、ライブラリのためのパッケージを作成します。

パッケージは、関連するクラスをまとめたもので、クラス名の重複を回避することができます。

通常、ライブラリ名を使用したパッケージ名を作成します。

パッケージ名は一般的に、逆ドメイン名を使います。これは、他の人とパッケージ名が重複することを回避するためです。

例えば、”com.example.library”のような名前にします。

パッケージを作成するには、次のようにコードを書きます。

「package com.example.mylibrary;」

クラスの作成

次にパッケージ内に、ライブラリで使用されるクラスを作成します。

クラス名は、大文字から始め、ライブラリ内での役割に応じて適切な名前を付けます。

例えば、”MyClass”のような名前にします。

クラスを作成するには、次のようにコードを書きます。

　public class MyClass {
    // クラスのコンテンツ
　}

メソッドの作成

クラスに、ライブラリが提供する機能に必要なメソッドを実装します。

必要に応じて、パラメータや戻り値を定義します。

例えば、”MyClass”に”add”というメソッドを追加する場合は以下のように書きます。

public class MyClass {
    public int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

テストコードの作成

ライブラリの動作を確認するために、テストコードを作成します。

テストコードは、ライブラリの正しさを確認するために必要です。

JARファイルの作成

ライブラリのパッケージングには、Javaアーカイブ（JAR）ファイルを使用します。

IDEを使用して、JARファイルを作成することができます。

ライブラリを作成することで、自分が書いたコードを再利用したすくし、開発効率をあげることができます。

ライブラリを作成する際は、ほかの開発者が使いやすいようにJavadocやテストコードを充実させることも重要です。

また、ライブラリのリリースやバージョン管理についても適切に行うことが望まれます。

まとめ

Javaのライブラリには、さまざまな種類があります。

これらのライブラリを使用することで、より高度なJavaプログラミングが可能です。

ライブラリの知識があると、効率的なプログラミングかつ高度な機能を実現できるため、ドキュメントなどから、適切な使い方を学びましょう

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学習

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Java ライブラリ 関数