Javaの「ライブラリ」とは？目的別のおすすめライブラリと使い方を解説

Javaにおいて、特定の機能をまとめた集合体が存在します。これらの集合体を活用することで、必要な機能を効率的に実装することが可能となります。
しかし、その種類は膨大であり、どの集合体を選択すべきかの判断に迷うことがあるかもしれません。
さらに、集合体を入手したものの、その使用方法が分からず困惑してしまうケースもあるでしょう。
そこで本稿では、Javaにおける推奨される集合体とその使い方について、詳細に解説いたします。

• Javaの集合体に関する知識を得たい方は、ぜひ参考にしてみてください。

Javaの「ライブラリ」とは

Javaにおいて、特定の機能をまとめたファイルを「ライブラリ」と呼びます。Javaではクラスを中心としてプログラムを構築するため、ライブラリは「クラスライブラリ」とも称されます。
ライブラリの多くは、実装が手間のかかる機能を簡単に利用できるようにしたものです。
例えば、

• 画像や音声の処理
• GUIやグラフの作成

など、複雑または視覚的な機能がライブラリとして提供されています。
また、文字列を扱うための高度なライブラリも公開されています。
一般的に、Javaのライブラリは「JARファイル(拡張子.jar)」として配布されます。JARファイルは、複数の「classファイル」をまとめたものです。
ライブラリの活用方法や作成方法については、後に詳しく説明します。

フレームワークとライブラリの違い

プログラミングにおいて、"フレームワーク"と"ライブラリ"は混同されがちな概念です。
フレームワークとは、アプリケーション開発に必要な機能が事前に用意された枠組みのことを指します。
一方、ライブラリは特定の機能をまとめたプログラムの集合体であり、必要に応じて利用することができます。
両者は効率的なコーディングを支援するという点で共通していますが、使い方には大きな違いがあります。
フレームワークは開発の土台となるテンプレートのようなものであり、最低限の動作が可能な状態からプログラマが必要な機能を追加していきます。
対してライブラリは、既存のプログラムに機能を付加するために利用されます。
プログラミングにおいて、適切なツールを使い分けることが重要となります。

Javaのライブラリを利用するメリット

プログラミング言語Javaにおいて、既存のライブラリやクラスを利用することには大きな利点があります。

• 一つ目は開発作業の効率化です。必要な機能をゼロから実装する代わりに、準備されたコードを活用できるため、手間と時間を節約できます。
• 二つ目は、プログラムの品質向上につながることです。ライブラリやクラスは十分にテストされており、安定した動作が期待できるからです。

このように、Javaのライブラリ活用は生産性と信頼性の両面で恩恵をもたらします。

効率的なプログラミングのためのJavaライブラリ活用

Javaにおいて、既存のライブラリやクラスを活用することは、開発作業の効率化に大きく貢献します。
新機能を自力で構築する場合、設計からコーディング、デバッグに至るまで多大な労力を要しますが、

• ライブラリを導入すれば、プロジェクトに組み込むだけで必要な機能が利用可能となります。

このように、自前実装に比べて開発効率が飛躍的に向上するのが、ライブラリ活用の大きな利点です。

Javaライブラリの利用と注意点

プログラムの品質向上には、既存のJavaライブラリを活用することが有効です。
これらのライブラリは、公開前や更新時に繰り返しバグやエラーの修正が行われています。
一方、自作の機能実装では、デバッグ作業によるミスの残存が避けられません。
Javaライブラリを利用すれば、そうしたリスクを回避し、安全な機能を使用できます。
ただし、デバッグが不十分または長期間更新されていないライブラリには注意が必要です。
利用時は、頻繁に更新されているものを選ぶようにしましょう。

Javaのライブラリの種類

Javaには、2種類のライブラリが存在します。

• 一つは標準的に提供されるライブラリ
• もう一つは外部から取り入れるライブラリです

それぞれの性質や違いを確認しましょう。

標準ライブラリ	は、Javaと一緒にインストールされるため、別途導入する必要がありません。
一方、外部ライブラリ	は、必要に応じて個別に入手し、プロジェクトに組み込む必要があります。

Javaの標準ライブラリ

Javaには、開発元のオラクル社によって作成された多数のライブラリが組み込まれています。
これらのライブラリは、プログラミングの様々な場面で役立つ機能を提供しています。
例えば、

• 日付や時刻の操作を行うDateライブラリ
• 数値計算を実行するMathライブラリ

などがあります。
これらのライブラリは、Javaをインストールすれば自動的に利用可能となり、後述の方法でインポートするだけで使用できます。

Javaの外部ライブラリ活用

Javaにおいて、外部の企業や個人開発者によって作成されたコードの集合体を「サードパーティライブラリ」と呼びます。

• OpenCVのような画像処理用ライブラリ
• OpenCSVのようなCSVファイル操作ライブラリ

など、様々な機能を提供するものが存在します。
これらのライブラリを活用することで、複雑な処理を簡潔なコードで実装できるメリットがあります。
ただし、プロジェクトに組み込むには、IDEでライブラリのファイルパスを指定する作業が必要となります。

画像処理やグラフ描画ができるJavaライブラリ

Javaにおいて、画像の操作やグラフの生成を実現するためのツールが複数存在します。

• OpenCV
• GRAL
• JFreeChart

がその代表的なライブラリとなっています。
これらのライブラリを活用することで、Javaプログラミングにおける視覚化機能の実装が可能になるでしょう。

OpenCVの概要と活用

OpenCVは、インテル社が開発した画像処理用のライブラリです。
単純な画像の変形や編集だけでなく、高度な画像解析も可能です。
機械学習やディープラーニングにおける画像の前処理としても活用されています。
ただし、

• 行列やベクトルの計算が得意ではないため、ND4Jなどの数値計算ライブラリと併用されることがあります。

グラフ描画ライブラリ「GRAL」の特徴

このライブラリは、データの視覚化や分析に役立つ多様なグラフを生成することができます。
直感的で美しいデザインが特徴で、情報を明確かつ魅力的に表現することができます。
グラフ作成機能が優れており、データの可視化ニーズに適した選択肢となります。

グラフ描画ライブラリJFreeChartの特徴と選択のポイント

データの可視化を目的としたライブラリ「JFreeChart」は、バー、パイ、ラインなど様々な種類のグラフを描画することができます。
Javaにおける有名なグラフィックスライブラリの一つで、機能面や安定性に優れています。
しかし、比較的古いライブラリであるため、デザイン性の観点では物足りない部分があります。
洗練されたグラフのデザインを求める場合は、GRALなどの別のライブラリを選択するのが賢明でしょう。

GUI画面を作成できるJavaライブラリ

Javaにおけるグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)の構築に利用できる主要なフレームワークには、以下の2つが存在します。

• Swing
• JavaFX

これらのライブラリを活用することで、ウィンドウやボタン、メニューなどの視覚的な要素を備えたアプリケーションを開発することが可能となります。

Swingの概要と特徴

Javaの標準ライブラリである「Swing」は、グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)の作成に利用されます。
GUIとは、アイコンやボタンなどの視覚的な要素を中心としたインターフェースのことです。
従来のテキストベースのユーザーインターフェース(CUI)とは対照的に、ユーザーに対して直観的な表現が可能です。
Swingは標準ライブラリに含まれているため、別途インストールする必要がありません。

• GUI画面を構築するための基本的な機能を備えており、GUIプログラミングの学習にも適しています。

ただし、Swingはレガシーなライブラリであるため、デザイン面での制約があります。
より現代的なGUIを実現したい場合は、JavaFxの利用が推奨されます。

JavaFXの特徴と利点

JavaFXは比較的新しいGUIライブラリですが、その特徴はXMLベースのマークアップ言語とCSSを組み合わせてレイアウトやデザインを定義できる点にあります。
この手法により、プログラミングロジックとビジュアル要素を分離することが可能となり、柔軟で洗練されたGUIアプリケーションの開発が実現します。

CSVファイルの読み書きができるJavaライブラリ

JavaにおいてCSVファイルの入出力を行うためのライブラリには、複数の選択肢が存在します。

• Open CSV
• OrangeSignal CSV
• Super CSV

などが代表的なものとして挙げられます。これらのライブラリを活用することで、CSVデータの処理を効率的に実装することができます。

CSVファイル処理の強力なパートナー「OpenCSV」

CSVファイルの読み書きを行うためのライブラリである「OpenCSV」は、コンマで区切られたテキストデータを扱うのに適しています。このようなデータ形式は、以下のように活用されています。

• システム間でのデータ交換

テキストベースのCSVファイルの解析や処理は自作も可能ですが、ライブラリを活用することで便利かつ安全な処理が実現できます。特に「OpenCSV」はCSVファイルを簡単に扱えるため、初心者でも容易に利用できる点が魅力的です。

高機能CSVライブラリ「OrangeSignal CSV」

OrangeSignal CSVは、国産のCSVライブラリであり、CSVファイルの入出力処理を効率化することができます。
区切り文字がコンマだけでなく、タブや囲み文字、エスケープ文字などが使用されている場合にも対応可能です。
さらに、圧縮されたCSVファイルの処理にも対応しています。
高度なCSV処理機能が必要な場合は、OrangeSignal CSVの利用を検討してみてはいかがでしょうか。

CSVライブラリ「Super CSV」の機能と魅力

CSVファイルを扱うライブラリとして、「Super CSV」が存在します。このツールは、開発者向けの多様な機能を提供しており、使い勝手の良さが特徴です。
OrangeSignal CSVと同様に、ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズが可能なのが魅力的です。

• 読み込んだデータを様々な形式に変換したり
• 文字列を整形したりできるため

データの活用がスムーズに進められます。

JSONファイル形式を扱えるJavaライブラリ

JSONデータを処理するJavaライブラリには、Jacksonと呼ばれるものと、JSON In Javaという選択肢があります。
これらのツールを活用することで、JavaアプリケーションからJSONファイルを読み書きできるようになります。

JSONデータとJavaオブジェクトの相互変換

JSONデータとJavaオブジェクトの相互変換を容易にするための優れたツールが「Jackson」です。このライブラリは、JavaScriptのオブジェクト表記法に基づく軽量なデータ記述形式「JSON」を扱うのに適しています。
直感的な操作性と簡潔な構造により、JavaアプリケーションにおけるJSONデータ処理を円滑に行えます。

JSONデータ変換の便利ツール

JSONデータの処理において、Java標準のコレクションとの相互変換を容易にするライブラリが存在します。
このライブラリには、

• 配列やリストをJSONデータに変換するJSONArrayクラス
• マップ型オブジェクトをJSONデータに変換するJSONObjectクラス

などが含まれています。
これらのクラスを活用することで、複雑なJSONデータを簡潔に操作できるため、開発の効率化が図れます。

構文解析ができるJavaライブラリ

文法解析を行うJavaライブラリには、JavaParserとScannerの2つが存在します。これらのツールを活用することで、

• プログラムのコード構造を分析し、
• 構文エラーの検出や、
• コードの最適化などが可能になります。

JavaParser - Javaソースコード構文解析ライブラリ

Javaのソースコードの文法構造を分析するためのツールが「JavaParser」です。ソースコードを「抽象構文木(AST)」という形式で取り込み、様々な解析に活用できます。
抽象構文木に対して要素の追加・削除を行ったり、解析結果をソースコード形式に変換することも可能です。
このような構文解析ライブラリは、

• セキュリティ検査ツールなどで幅広く利用されています。

標準ライブラリ「Scanner」の概要

標準ライブラリの「Scanner」は、プリミティブ型や文字列の構文解析に適しています。
入力テキストを空白文字で区切ったり、取得した値をデータ型に変換することができます。
複雑な構文解析には向きませんが、正規表現を使えば入力内容の解析も可能です。
したがって、標準入力における構文解析には十分な機能を備えていると言えます。

SSHプロトコルを操作できるJavaライブラリ

SSHプロトコルを制御するためのJavaライブラリには、主に2つの選択肢があります。

• JSch
• Apache Mina SSHD

がその代表的なものです。
これらのライブラリを活用することで、Javaアプリケーションからセキュアなリモート操作が可能になります。

JSch - Javaによる安全なSSH通信

JSchは、Javaからリモートサーバーとセキュアな通信を行うためのライブラリです。
このツールを活用することで、以下の操作が可能になります。

• SSHプロトコルを介してシェルコマンドの実行
• SSHプロトコルを介してファイル転送

SSHは安全性の高い通信手段であり、認証や暗号化の機能を備えています。
Webアプリケーション開発においてリモートサーバーとの通信が必要な場合、JSchライブラリは有用なソリューションとなるでしょう。

SSHプロトコル対応のApache Mina SSHD

Apache Mina SSHDは、SSHプロトコルを活用してデータ通信を行うためのライブラリです。
このライブラリを利用することで、以下が可能になります。

• クライアントとサーバーの両側でSSH接続が可能
• SSHの暗号化機能を使えば、FTPのようにファイル転送サービスを安全に提供可能
• ログ出力機能なども備えているため、簡易的なサーバーを構築する際に役立つ

機械学習ができるJavaライブラリ

人工知能分野において、Javaプログラミング言語を用いて機械学習を実装するためのライブラリが複数存在します。
代表的なものとして、

• Tribuo
• TensorFlow
• Deeplearning4j

が挙げられます。
これらのツールを活用することで、Java開発者は高度な機械学習アルゴリズムを自身のアプリケーションに組み込むことができます。

オラクル製機械学習ライブラリ「Tribuo」の特徴と利用方法

オラクル社が開発したTribuo機械学習ライブラリは、以下の標準的な機能を備えています。

• 分類
• クラスタリング
• 異常検知
• 回帰

オラクル社製ということで信頼性が高く、扱いやすいのが特長です。
初心者が機械学習に取り組むのに適していますが、高度な機械学習には機能が不足する可能性があり、その場合は他のライブラリと組み合わせることをお勧めします。

TensorFlow入門

TensorFlowは、Googleが開発した機械学習のためのオープンソースライブラリです。
この技術は、Googleの検索エンジンや翻訳サービスにも活用されています。
TensorFlowの最大の長所は、ニューラルネットワークの構築と学習が行えることです。
これにより、人間の論理的思考や学習プロセスに近い方法でデータ処理が可能になります。
今後、TensorFlowの適用範囲は広がっていくと予想されるため、この機会にTensorFlowを試してみることをお勧めします。

DeepLearning4jの概要

ディープラーニングの実践に役立つ機能を備えたライブラリ「DeepLearning4j」は、コンピュータがデータから自動的に特徴を抽出し学習するための技術を提供します。
このライブラリは高速なアルゴリズムを搭載しており、

• 金融業界の不正行為検知
• 製造業における異常検出

など、幅広い分野で活用が可能です。

Javaのライブラリを使うための事前準備

Javaの標準ライブラリは、簡単に利用できますが、外部ライブラリを使用する場合は、統合開発環境(IDE)の設定で、ライブラリへのパスを指定する必要があります。

IDEの一つである「Eclipse」では、以下の手順でライブラリを追加できます。

• まず、利用したいライブラリのJARファイルを任意の場所に配置します。
• 次に、プロジェクトを右クリックし、「新規」→「フォルダ」を選択して「libs」フォルダを作成します。
• この「libs」フォルダにJARファイルをドラッグ&ドロップで移動させます。
• その後、プロジェクトのプロパティを開き、「Javaのビルド・パス」から「ライブラリ」を選択し、「クラスパス」に先ほどの「libs」フォルダ内のJARファイルを追加します。

これらの作業が完了すれば、「import構文」を使ってライブラリをインポートできるようになります。

外部ライブラリの追加方法

Javaの外部ライブラリの利用方式には、本体のライブラリフォルダへの配置やコマンドプロンプトでのコンパイル時の指定などが紹介されることがありますが、これらは推奨できません。

• ライブラリフォルダへの配置では、Javaのバージョンアップ時に全ての外部ライブラリを再配置する必要があります。
• 一方、コマンドプロンプトでの指定では、ライブラリ数が増えるとライブラリ名の列挙が手間になります。

そのため、統合開発環境(IDE)の機能を活用して外部ライブラリを追加することが基本的な方針となります。

外部ライブラリ管理の自動化

外部ライブラリの取り扱いには、"Maven"や"Gradle"などのパッケージ管理ツールを活用するアプローチがあります。
これらのソフトウェアを利用すれば、ライブラリのバージョン管理や依存性の解決を自動化できます。
多数の外部ライブラリを扱う場合、手作業による管理よりも効率的です。
EclipseにはMavenが標準機能として組み込まれているため、Eclipseユーザーであれば簡単に利用可能です。

Javaのライブラリの作り方と使い方

Javaでは、独自のライブラリを作成することが可能です。今回は、統合開発環境「Eclipse」を使用して、Javaのライブラリ/クラスライブラリを作成する方法と、それを別のプロジェクトでインポートして利用するまでの一連の流れについて、サンプルコードを交えながら説明します。

• 最初に、IDEで新しいJavaプロジェクト「Calculator」を作成します。
• 次に、ライブラリ作成用のクラスをプロジェクトに追加します。今回はパッケージ名を「sample.library」、クラス名を「Calculator」とします。作成した「Calculatorクラス」のソースファイルに、四則演算を行うメソッドを実装したソースコードを記述します。

• 次に、「パッケージ・エクスプローラー」から「Calculator」プロジェクトを選択し、「エクスポート」を実行します。ウィザードで「JARファイル」を選択し、必要な設定を行うと、「Calculator.jar」というJARファイルが生成されます。

ライブラリの作成が完了したら、新しいプロジェクト「Main」を作成し、パッケージ名を「sample」として「Mainクラス」を追加します。

• 「libs」フォルダを作成し、そこに「Calculator.jar」を配置します。
• さらに、ビルドパスの設定を行い、作成したライブラリをインポートできるようにします。

• 最後に、「Mainクラス」のソースファイルに、作成したライブラリのメソッドを呼び出すコードを記述し、ビルドを実行します。手順を正しく行えば、コンソール画面に実行結果が表示されます。

まとめ

ソフトウェア開発において、適切なライブラリを選択することは重要な課題です。目的に応じて最適なライブラリを参照し、活用することで、シンプルなコードで便利な機能を実装できます。
統合開発環境(IDE)の機能を利用し、JARファイルへのパスを設定することが肝心です。
ソフトウェア開発の効率化とコード品質の向上につながるはずです。