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Javaで劇的にコーディングスピードを上げる9つのforEachメソッドの使い方

Java forEachメソッド詳細解説 Java
2023.09.23
この記事は約29分で読めます。

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この記事では、プログラムの基礎知識を前提に話を進めています。

説明のためのコードや、サンプルコードもありますので、もちろん初心者でも理解できるように表現してあります。

本記事のサンプルコードを活用して機能追加、目的を達成できるように作ってありますので、是非ご活用ください。

※この記事は、一般的にプロフェッショナルの指標とされる『実務経験10,000時間以上』を満たす現役のプログラマチームによって監修されています。

※Japanシーモアは、常に解説内容のわかりやすさや記事の品質に注力しております。不具合、分かりにくい説明や不適切な表現、動かないコードなど気になることがございましたら、記事の品質向上の為にお問い合わせフォームにてご共有いただけますと幸いです。
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はじめに

Javaを学び始めると、すぐにコードを書くスピードや効率を上げたくなります。

特に、リストやマップなどのコレクションを扱う際には、効率的な方法で繰り返し処理を行いたいもの。

そこで注目されるのが、JavaのforEachメソッドです。

この記事を読めば、JavaのforEachメソッドを使って劇的にコーディングスピードを上げることができるようになります。

具体的には、forEachメソッドの基礎から応用、注意点、カスタマイズ方法までを解説します。

初心者の方も安心して、ステップバイステップで学んでいけます。

●Javaとは

Javaは、1995年にサン・マイクロシステムズ（現オラクル）からリリースされたプログラミング言語です。

特徴として、「一度書けばどこでも動く」というポータビリティの高さや、オブジェクト指向プログラミングが可能であること、そして堅牢性やセキュリティの面での強さが挙げられます。

また、多くの企業や組織で採用されているため、学ぶ価値は非常に高い言語と言えるでしょう。

○Javaの基本概念

Javaのプログラムは、主にクラスとオブジェクトから成り立っています。

クラスはオブジェクトの設計図のようなもので、オブジェクトは実際に動作するプログラムの単位です。

これにより、Javaは高度な再利用性や拡張性を持ちます。

また、Javaはガベージコレクションというメモリ管理機能を持つため、プログラマーはメモリの解放などの細かい作業を気にせず、本来のプログラミングに専念することができます。

●forEachメソッドとは

JavaのforEachメソッドは、コレクションや配列の要素を効率的に処理するための手法の一つです。

特にJava 8以降、ラムダ式との組み合わせで非常にシンプルなコードで強力な操作が可能になりました。

○基本の書き方

JavaのforEachメソッドは、主にListやMapなどのコレクションに使用されます。

基本的な書き方は次のようになります。

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
list.forEach(item -> {
    System.out.println(item); // 各要素を出力
});

このコードでは、apple, banana, cherryという文字列を要素に持つリストを作成し、それをforEachメソッドを使用して1つ1つ出力しています。

○動作の概要

forEachメソッドは、コレクションの各要素に対して指定されたアクション（この場合はラムダ式）を実行します。

上記のサンプルコードの場合、リストの各要素がラムダ式内のitemに順番にセットされ、System.out.println(item);が実行されます。

この結果、コンソールには次のように表示されます。

apple
banana
cherry

このように、forEachメソッドを使うと繰り返しの処理が非常に簡潔に記述できるため、コーディング時におけるミスの減少や読みやすさの向上が期待できます。

●forEachメソッドの使い方

JavaのforEachメソッドは極めて多機能であり、多くの場面でその力を発揮します。

それでは、forEachメソッドの多様な使い方について具体的なサンプルコードと共に解説します。

○サンプルコード1：基本的な使い方

まずは最もシンプルな使用例から見ていきましょう。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        numbers.forEach(number -> System.out.println(number));
    }
}

このサンプルコードでは、1から5までの整数を要素に持つリストを作成し、forEachメソッドを使って各要素をコンソールに出力しています。

このコードを実行すると、コンソールには1から5までの数字が順番に表示されます。

○サンプルコード2：リスト内の要素を変更する

次に、forEachメソッドでリスト内の各要素を操作する方法について考えてみます。

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);

        // リスト内の各要素に10を加える
        numbers.forEach(number -> numbers.set(numbers.indexOf(number), number + 10));

        System.out.println(numbers);
    }
}

このコードでは、リストの各要素に10を加えるという操作を行っています。

この場合、indexOfメソッドを用いてリスト内での要素の位置を特定し、その位置の要素を更新しています。

このコードを実行すると、リスト内の要素がそれぞれ10増え、出力結果として[11, 12, 13]が表示されます。

○サンプルコード3：マップ（Map）に対するforEach

JavaのMapインターフェースもforEachメソッドをサポートしており、これによりキーと値のペアを簡単にループ処理することができます。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> students = new HashMap<>();
        students.put("太郎", 90);
        students.put("花子", 85);
        students.put("次郎", 78);

        // マップの各要素をコンソールに出力する
        students.forEach((name, score) -> {
            System.out.println(name + "の得点：" + score);
        });
    }
}

上記のコードでは、学生の名前をキーとし、その得点を値とするマップを作成しています。

この後、forEachメソッドを使用してマップ内の各エントリ（キーと値のペア）を取得し、コンソールに出力しています。

このコードを実行することで、すべての学生の名前とその得点がコンソールに表示されます。

○サンプルコード4：Streamと組み合わせる

Java8以降のバージョンでは、Stream APIとの組み合わせで、さらに柔軟な操作が可能となりました。

Streamを使用してforEachメソッドを適用する基本的な例を紹介します。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = Arrays.asList("りんご", "みかん", "ぶどう", "さくらんぼ", "メロン");

        // ストリームを使用して、5文字以上の果物のみをコンソールに出力する
        fruits.stream()
            .filter(fruit -> fruit.length() >= 5)
            .forEach(fruit -> System.out.println(fruit));
    }
}

このサンプルコードでは、5つの果物の名前が格納されたリストを作成しています。

その後、Stream APIのfilterメソッドを使用して、名前の長さが5文字以上の果物のみを取得し、その結果をforEachメソッドでコンソールに出力しています。

このコードを実行すると、「さくらんぼ」と「メロン」の2つの果物の名前がコンソールに表示されます。

○サンプルコード5：条件分岐を組み込む

forEachメソッドのループ内で条件分岐を行いたい場合もあるでしょう。

通常のforループと同様に、if文を用いてそのような制御を加えることができます。

条件分岐を活かしたサンプルコードを紹介します。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

        // 偶数だけを出力する
        numbers.forEach(number -> {
            if (number % 2 == 0) {
                System.out.println(number);
            }
        });
    }
}

このサンプルコードでは、1から10までの数字が格納されたリストを用意しています。

その後、forEachメソッドを使用して、各数字が偶数であるかどうかをif文でチェックし、偶数であればその数字をコンソールに出力しています。

このコードを実行すると、2, 4, 6, 8, 10という数字がコンソールに表示されます。

○サンプルコード6：外部変数との連携

forEachメソッド内で外部の変数にアクセスするケースもよくあります。

ただし、Javaのラムダ式では「実質的にfinalな変数」しか参照できません。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("田中", "鈴木", "佐藤");
        final StringBuilder builder = new StringBuilder();

        // StringBuilderを用いて、名前を連結する
        names.forEach(name -> {
            builder.append(name).append("さん、");
        });

        // 最後の「、」を取り除く
        builder.setLength(builder.length() - 1);

        // 結果を出力
        System.out.println(builder.toString());
    }
}

このサンプルコードでは、3人の名前が格納されたリストとStringBuilderクラスのインスタンスを用意しています。

forEachメソッドの中で、このStringBuilderに名前を追加していきます。その後、不要な最後の文字を削除して、結果を出力しています。

このコードを実行すると、「田中さん、鈴木さん、佐藤さん」という文字列がコンソールに表示されます。

○サンプルコード7：複数の操作を組み合わせる

forEachメソッドは、一度のループで複数の操作を組み合わせて実行することも可能です。

これによって、一連の操作を効率的にまとめられます。

下記のコードは、数字のリストから偶数を見つけ、それらを合計する一例です。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        int[] sum = {0};  // 配列を使用して、finalな変数を模倣する

        // 偶数を探し、合計を計算する
        numbers.forEach(number -> {
            if (number % 2 == 0) {
                System.out.println("偶数: " + number);  // 偶数を出力
                sum[0] += number;  // 合計に加算
            }
        });

        // 合計を出力
        System.out.println("偶数の合計: " + sum[0]);
    }
}

このコード例では、1から5までの整数が格納されたリストが初期設定されています。

次に、合計を保持するためのsumという名前のint型配列が一つの要素として初期化されています。

こうすることで、「実質的にfinalな変数」を作成して、ラムダ式内で変更できるようにしています。

forEachメソッド内では、各数値が偶数であるかどうかを確認しています。

偶数であればその値を出力し、合計値に加算します。

このようにして、複数の操作を1回のループで実行しています。

このコードを実行すると、偶数である2と4が出力され、その後に「偶数の合計: 6」という結果が出力されます。

この例を参考にして、自分のプロジェクトでさまざまな操作を効率的に行えることでしょう。

○サンプルコード8：独自の処理を追加する

JavaのforEachメソッドは柔軟であり、自分自身で独自の処理を追加することもできます。

一例として、各要素に特定の処理を適用した上で、最後にその結果をリストに格納するサンプルを紹介します。

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
        List<String> greetingList = new ArrayList<>();

        // 各名前に対して、挨拶文を生成し、リストに追加
        names.forEach(name -> {
            String greeting = "Hello, " + name + "!";
            System.out.println(greeting);  // 挨拶文を出力
            greetingList.add(greeting);  // 挨拶文をリストに追加
        });

        // 結果のリストを出力
        System.out.println("生成された挨拶リスト: " + greetingList);
    }
}

このコードでは、名前のリストから挨拶の文を作成し、それを新たなリストgreetingListに追加しています。

具体的には、forEachメソッド内で各名前に”Hello, “と”!”を付加して挨拶文を生成し、それをgreetingListに追加しています。

このコードを実行すると、コンソールには各名前で生成された挨拶が出力されます。

さらに、「生成された挨拶リスト: [Hello, Alice!, Hello, Bob!, Hello, Charlie!]」という文が出力され、これがgreetingListの内容であることが確認できます。

○サンプルコード9：エラーハンドリングを含める

forEachメソッドの中でエラーハンドリングを行う場合もあります。エラーハンドリングを適切に行うことで、想定外の動作やクラッシュを防ぐことができます。

数値の平方根を求める処理で、負の数が含まれている場合にエラーメッセージを出力する例を紹介します。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Double> numbers = Arrays.asList(4.0, -1.0, 9.0);

        // 数値の平方根を求める
        numbers.forEach(number -> {
            try {
                double result = Math.sqrt(number);
                System.out.println("平方根: " + result);
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("エラー: 負の数 " + number);
            }
        });
    }
}

このコードでは、正の数と負の数が混在するリストが用意されています。

forEachメソッド内で、数値の平方根を求めますが、Math.sqrt関数は負の数に対してはNaNを返すため、エラーハンドリングを追加しています。

このコードを実行すると、正の数に対してはその平方根が、負の数に対しては「エラー: 負の数」というメッセージがコンソールに出力されます。

●forEachメソッドの応用例

JavaのforEachメソッドは非常に多機能であり、ループ処理を簡潔かつ効率的に実施するための多くの応用例が存在します。

○サンプルコード1：集計処理を高速化する

JavaのforEachメソッドを使って、リスト内の要素を集計する方法を見ていきましょう。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        AtomicInteger sum = new AtomicInteger();

        numbers.forEach(num -> sum.addAndGet(num));

        System.out.println("合計値: " + sum.get());
    }
}

このコードは、整数のリストに対して集計処理を実施しています。

AtomicIntegerを使うことで、スレッドセーフなカウンタを用意しています。

forEachメソッドで各要素に対して加算を行い、その結果を出力しています。

このコードを実行すると、コンソールに「合計値: 15」と表示されます。

このようにforEachメソッドを使うと、集計処理も非常にスムーズに行えます。

○サンプルコード2：フィルタリングとマッピング

次に、forEachメソッドでのフィルタリングとマッピングについて説明します。

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
        List<String> upperWords = new ArrayList<>();

        words.forEach(word -> {
            if (!word.startsWith("b")) {
                upperWords.add(word.toUpperCase());
            }
        });

        System.out.println("大文字化した結果：" + upperWords);
    }
}

このサンプルコードでは、文字列のリストから特定の条件（”b”で始まる文字列を除外）にマッチする要素を大文字に変換して新しいリストに追加しています。

具体的には、forEachメソッド内で各文字列が”b”で始まるかどうかをチェックし、そうでない場合は大文字に変換してupperWordsリストに追加しています。

実行結果としては、「大文字化した結果：[APPLE, CHERRY]」と出力されます。

このように、forEachメソッドを用いることで、フィルタリングとマッピングの処理を一つのループで効率よく行えます。

○サンプルコード3：複数リストの同時処理

リストが複数ある場合に、それらを同時に処理する必要が出てくることもあります。

例えば、名前リストと年齢リストがあり、それぞれ同じインデックスで対応しているデータを持っているとします。

このような場合、forEachメソッドを用いて効率よく処理することができます。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.IntStream;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
        List<Integer> ages = Arrays.asList(25, 30, 35);

        // インデックスを用いた同時処理
        IntStream.range(0, names.size()).forEach(i -> {
            String name = names.get(i);
            int age = ages.get(i);
            System.out.println("名前: " + name + ", 年齢: " + age);
        });
    }
}

このコードでは、名前と年齢が対になっている2つのリストを用意しています。

IntStream.range()メソッドを使用して、0からリストのサイズまでのインデックスを生成し、そのインデックスを用いてforEachメソッドで同時に処理しています。

このコードを実行すると、次のような出力が得られます。

名前: Alice, 年齢: 25
名前: Bob, 年齢: 30
名前: Charlie, 年齢: 35

○サンプルコード4：非同期処理での使い方

Javaの非同期処理とforEachメソッドを組み合わせる例について見ていきます。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> messages = Arrays.asList("Hello", "World", "Java");

        // 非同期でメッセージを出力
        messages.forEach(message -> CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("非同期メッセージ: " + message);
        }));
    }
}

このサンプルコードでは、CompletableFuture.runAsync()を用いて非同期に文字列をコンソールに出力しています。

非同期処理が完了すると、”非同期メッセージ: Hello”、”非同期メッセージ: World”、”非同期メッセージ: Java”という形でそれぞれのメッセージが出力されます。

○サンプルコード5：オブジェクト指向との組み合わせ

Javaではオブジェクト指向プログラミングが一般的に用いられますが、forEachメソッドもこのパラダイムと綺麗に組み合わせることができます。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

class Person {
    String name;
    int age;

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    void introduce() {
        System.out.println("私の名前は" + name + "で、年齢は" + age + "歳です。");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> people = Arrays.asList(
            new Person("Alice", 30),
            new Person("Bob", 40),
            new Person("Charlie", 50)
        );

        // オブジェクトのメソッドを呼び出し
        people.forEach(person -> person.introduce());
    }
}

このコードでは、Personクラスを作成し、そのオブジェクトが持つintroduce()メソッドをforEachで呼び出しています。

これにより、次のような自己紹介の出力が得られます。

私の名前はAliceで、年齢は30歳です。
私の名前はBobで、年齢は40歳です。
私の名前はCharlieで、年齢は50歳です。

●注意点と対処法

forEachメソッドは非常に強力なツールですが、その使用には注意が必要です。

forEachメソッドの使用時に考慮すべき主な注意点と、それに対する対処法を紹介します。

○nullの扱い

JavaのforEachメソッドを使用する際、null値を持つリストや配列を扱うと、NullPointerExceptionがスローされる可能性があります。

例を見てみましょう。

import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> items = null;
        items.forEach(item -> System.out.println(item));
    }
}

このコードを実行すると、NullPointerExceptionが発生します。

対処法としては、nullチェックを行い、nullの場合はforEachメソッドを実行しないようにします。

import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> items = null;
        if (items != null) {
            items.forEach(item -> System.out.println(item));
        }
    }
}

これにより、nullのリストや配列を扱っても安全にforEachメソッドを使用できます。

○エラーハンドリング

forEachメソッド内で例外が発生した場合のエラーハンドリングは注意が必要です。

ラムダ式内では、チェックされる例外をスローすることはできません。

したがって、例外をキャッチし適切に処理することが必要です。

例を見てみましょう。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> numbers = Arrays.asList("1", "2", "three", "4");
        numbers.forEach(number -> {
            try {
                int converted = Integer.parseInt(number);
                System.out.println(converted);
            } catch (NumberFormatException e) {
                System.out.println(number + " は数値に変換できません。");
            }
        });
    }
}

このコードを実行すると、「three は数値に変換できません」というメッセージが出力されることを確認できます。

○スレッドセーフについて

Javaのコレクションはデフォルトでスレッドセーフではありません。

そのため、複数のスレッドから同時にforEachメソッドを呼び出す場合は、同期の問題が発生する可能性があります。

対処法としては、スレッドセーフなコレクションを使用するか、外部で同期を行います。

○パフォーマンス面での注意

大量のデータを処理する際や、高度な計算を伴う処理を行う場合、forEachメソッドはパフォーマンスのボトルネックになる可能性があります。

Java 8以降、Stream APIと組み合わせることで、パラレルストリームを使用してマルチスレッドでの処理を行うことができます。

import java.util.stream.IntStream;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        IntStream.rangeClosed(1, 1000000).parallel().forEach(num -> {
            // 何らかの処理
        });
    }
}

このように、大量のデータ処理を行う場合は、パラレルストリームを使用してパフォーマンスの最適化を検討することが推奨されます。

●カスタマイズ方法

JavaでforEachメソッドを使用する際、一般的な方法以外にも独自にメソッドを拡張したり、既存のライブラリやフレームワークと連携する方法があります。

それらのカスタマイズ方法を詳しく解説します。

○独自のforEachメソッドを作成する

Javaでは、インターフェースや継承を利用して独自のforEachメソッドを作成することが可能です。

ここでは、独自の処理を追加した新しいforEachメソッドを作成する一例をご紹介します。

import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;

public class CustomForEach {
    public static <T> void customForEach(List<T> list, Consumer<T> action) {
        for (T item : list) {
            // ここで独自の処理を追加
            System.out.println("Processing: " + item);
            action.accept(item);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie");
        customForEach(names, name -> System.out.println("Hello, " + name + "!"));
    }
}

このサンプルコードでは、customForEachという名前の独自のforEachメソッドを作成しています。

このメソッドは、与えられたリスト（list）とラムダ式（action）を受け取ります。

そして、リストの各要素に対して先に”Processing:”を出力した後、ラムダ式を適用します。

実行すると、次のような出力が得られます。

Processing: Alice
Hello, Alice!
Processing: Bob
Hello, Bob!
Processing: Charlie
Hello, Charlie!

○既存のライブラリやフレームワークとの連携

多くのJavaのライブラリやフレームワークは、独自のforEachメソッドやそれに類似した機能を提供しています。

例として、Spring FrameworkにおけるJdbcTemplateのqueryメソッドを使ったデータベースのレコード処理があります。

import org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate;
import org.springframework.jdbc.core.RowMapper;

public class UserRepository {
    private final JdbcTemplate jdbcTemplate;

    public UserRepository(JdbcTemplate jdbcTemplate) {
        this.jdbcTemplate = jdbcTemplate;
    }

    public void printAllUsers() {
        String sql = "SELECT * FROM users";

        // JdbcTemplateと連携
        jdbcTemplate.query(sql, (RowMapper<Object>) (rs, rowNum) -> {
            System.out.println("User ID: " + rs.getInt("id"));
            System.out.println("User name: " + rs.getString("name"));
            return null;
        });
    }
}

このコードは、データベースに格納されているusersテーブルのすべてのレコードを取得して、それぞれのユーザーIDとユーザー名を出力します。

JdbcTemplateのqueryメソッドを用いている点がポイントで、これが独自のforEach的な処理を行っています。

まとめ

この記事では、JavaにおけるforEachメソッドの基本的な使い方から応用、さらにはカスタマイズ方法までを詳細に解説しました。

コード例を交えてforEachメソッドの多様な使い方を説明し、どのような場合に便利か、どういった点に注意が必要かを紹介しました。

Javaでのプログラミング作業が、forEachメソッドを活用することで劇的にスムーズに、効率的になります。

この記事が、forEachメソッドをより深く理解し、積極的に活用していく一助となれば幸いです。

独自のプロジェクトや課題に応じて、今回紹介したテクニックや考え方を適用してみてください。