シールドクラスをはじめよう / Getting Started with Sealed Classes

2024-10-27 に開催された JJUG CCC 2024 Fall での登壇資料です。
https://jjug.doorkeeper.jp/events/177443

1. シールドクラスを はじめよう 2024-10-27 JJUG CCC 2024 Fall BABY JOB 株式会社 浅野 正貴 (@mackey0225)
2. さて、みなさん！
3. Java のバージョンは 何をつかっていますか？
4. １: Java 7 以前 ２: Java 8 ３: Java 11 ４: Java 17 ５: Java 21 ６: Java 22 以降
5. １: Java 7 以前 ２: Java 8 ３: Java 11 ４: Java 17 ５: Java 21 ６: Java 22 以降 今日の話は Java 17 の追加機能です！
6. １: Java 7 以前 ２: Java 8 ３: Java 11 ４: Java 17 ５: Java 21 ６: Java 22 以降 この話で Ver.UP の モチベ上げられたら嬉しい
7. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 自己紹介 名前：浅野　正貴 所属：BABY JOB 株式会社 最近はインフラや SRE がメイン X: @mackey0225 タイトルは最近の O'Reilly の書籍より拝借
8. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 自己紹介 名前：浅野　正貴 所属：BABY JOB 株式会社 最近はインフラや SRE がメイン X: @mackey0225 タイトルは最近の O'Reilly の書籍より拝借 JJUG CCC 2024 Fall ロゴスポンサーです！！
9. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 諸注意 • 本セッションは Step UP なので基礎重視 • アクセス修飾子や static 修飾子は割愛 • コンストラクタやアクセッサも割愛 • 呼び方は「シール・クラス」が一般的
10. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 諸注意 • 本セッションは Step UP なので基礎重視 • アクセス修飾子や static 修飾子は割愛 • コンストラクタやアクセッサも割愛 • 呼び方は「シール・クラス」が一般的
11. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i アジェンダ • sealed の概要 • 仕様と簡単な例 • 応用 • まとめ
12. sealed の概要
13. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i どんな機能なの？ • sealed という名の通り、蓋をする ◦ 継承・実装の関係を制限 • 宣言的な定義により、以下を実現 ◦ コンパイルフェーズでの整合性確保→保守性の向上 • リフレクション(黒魔術)も追加(今日は割愛) • Project Amber のいち機能 ◦ Java 15 でプレビュー、Java 17 で正式追加
14. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i もう少し踏み込んで：Project Amber について • 生産性向上を目的とした機能の提供 • 他の機能例 ◦ ローカル変数の var の導入 ◦ レコードクラス ◦ switch のパターンマッチ ◦ ﾊﾟﾌﾞﾘｯｸｽﾀﾃｨｯｸｳﾞｫｲﾄﾞﾒｲﾝ からの解放(現在 Preview)
15. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i もう少し踏み込んで：Project Amber について 詳細は下記 https://openjdk.org/projects/amber/
16. 仕様と簡単な例
17. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i シールドクラスにおける登場人物 • sealed 修飾子 / permits 句 • non-sealed 修飾子 • final 修飾子 • 修飾子なし
18. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 基本的な使い方（イメージ） sealed class 親 permits 長子, 中間子, 末子 {} sealed class 長子 extends 親 permits 孫 {} final class 中間子 extends 親 {} non-sealed class 末子 extends 親 {} final class 孫 extends 長子 {}
19. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i sealed 修飾子 / permits • Java 17 で正式追加 • 継承・実装する対象を制限する際に宣言 • permits 句内で許可対象を指定する • 継承・実装側はさらに制限の指定が必要 ◦ sealed, non-sealed, final のいずれかを指定が必要
20. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i permits 句にない対象は継承・実装できない sealed class 親 permits 子 {} final class 子 extends 親 {} // こっちは OK final class 他人 extends 親 {} // こっちは赤の他人なので NG
21. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i permits 句にない対象は継承・実装できない sealed class 親 permits 子 {} final class 子 extends 親 {} // こっちは OK final class 他人 extends 親 {} // こっちは赤の他人なので NG
22. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i non-sealed 修飾子 • sealed と同じく Java 17 から正式追加 • sealed とは逆に継承や実装に制限をかけない ◦ 以降は自由に継承・実装していいよ • 元側で sealed がないのに宣言するとコンパイルエラー ◦ 要は「何、勝手なこと言っているんだ？」状態
23. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i non-sealed 単独ではコンパイルエラー class Foo {} non-sealed class Bar extends Foo {} // 急な non-sealed はダメ
24. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i non-sealed 単独ではコンパイルエラー class Foo {} non-sealed class Bar extends Foo {} // 急な non-sealed はダメ
25. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i final 修飾子 • 当初から存在 • final がついたクラスを継承することはできない • インターフェースには使えない(コンパイルエラー) ◦ 実装前提だから、それはそう • abstract とは併用できない(コンパイルエラー) ◦ 継承前提だから、それはそう
26. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 修飾子なし • 当初から存在 ◦ というか、無いのがある意味普通 • シールドクラスを継承時、修飾子なしはコンパイルエラー ◦ インターフェースでも同様 ◦ ただし、暗黙的に final のものは問題なし ▪ 例: record や enum など
27. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed class Foo permits Bar {} class Bar extends Foo {} // 継承元の sealed 修飾子を無視できない
28. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed class Foo permits Bar {} class Bar extends Foo {} // 継承元の sealed 修飾子を無視できない
29. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed class Foo permits Bar {} non-sealed class Bar extends Foo {} class Baz extends Bar {} // これは OK
30. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed class Foo permits Bar {} non-sealed class Bar extends Foo {} class Baz extends Bar {} // これは OK
31. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed interface Foo permits Bar {} record Bar(int id) implements Foo {} // これは OK (暗黙的 final)
32. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i スーパー側が sealed 設定時の挙動 sealed interface Foo permits Bar {} record Bar(int id) implements Foo {} // これは OK (暗黙的 final)
33. 応用例
34. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 応用例のお品書き • パターンマッチにおける網羅性 • 代数的データ型(Algebraic Data Types)
35. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i switch のパターンマッチ • Java 21 から以下が追加されている ◦ JEP 441: Pattern Matching for switch ◦ https://openjdk.org/jeps/441 • case ラベルに型を記述して条件分岐できる ◦ 具体的な仕様はこのあと説明
36. https://openjdk.org/jeps/441 より
37. https://openjdk.org/jeps/441 より if else と instanceof を 組み合わせて実装
38. https://openjdk.org/jeps/441 より
39. case ラベルに型を書くことで 条件分岐ができる https://openjdk.org/jeps/441 より
40. https://openjdk.org/jeps/441 より 加えて、switch 「式」なので、 再代入せず、直接 return している
41. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 不使用】 interface 決済 {} class 現金決済 implements 決済 {} class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); }
42. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 不使用】 interface 決済 {} class 現金決済 implements 決済 {} class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } このままでもいけそうな気がするけど、 default が必要 → コンパイルエラー
43. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 不使用】 interface 決済 {} class 現金決済 implements 決済 {} class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); default -> System.out.println("デフォルト "); }
44. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 不使用】 interface 決済 {} class 現金決済 implements 決済 {} class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); default -> System.out.println("デフォルト "); } では、sealed を 使うとどうなるか？
45. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 使用】 sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); }
46. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 使用】 sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } 実装するクラスが明示して列挙されているので default が不要になった！＼(^o^)／
47. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 使用】 sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } 実装するクラスが明示して列挙されているので default が不要になった！＼(^o^)／ え、メリットって それだけ？
48. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i パターンマッチにおける網羅性【sealed 使用】 sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } 実装するクラスが明示して列挙されているので default が不要になった！＼(^o^)／ いやいや それだけじゃないんよ
49. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 新たに実装が増えたとき sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); }
50. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 新たに実装が増えたとき sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 , QR決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} final class QR決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); }
51. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 新たに実装が増えたとき sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 , QR決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} final class QR決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } コンパイルフェーズで QR決済ラベルが足りない指摘をしてくれる
52. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 新たに実装が増えたとき sealed interface 決済 permits 現金決済, クレカ決済 , QR決済 {} final class 現金決済 implements 決済 {} final class クレカ決済 implements 決済 {} final class QR決済 implements 決済 {} switch (k) { case 現金決済 g -> System.out.println("現金"); case クレカ決済 c -> System.out.println("クレカ"); } コンパイルフェーズで QR決済ラベルが足りない指摘をしてくれる 実装漏れや考慮漏れを防げる
53. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 応用例のお品書き • パターンマッチにおける網羅性 • 代数的データ型(Algebraic Data Types)
54. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 代数的データ型 代数的データ型(Algebraic Data Types)とは... • 集合の 直和 と 直積 で型を表現する ◦ 直和：enum クラス（どれか一つをとる） ◦ 直積：record クラス（カラムの掛け合わ せ）
55. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 代数的データ型 代数的データ型(Algebraic Data Types)とは... • 集合の 直和 と 直積 で型を表現する ◦ 直和：enum クラス（どれか一つをとる） ◦ 直積：record クラス（カラムの掛け合わ せ） とりあえず、雰囲気だけでOK！
56. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i • 契約ID 例：契約状態の表現 未契約 • 契約ID • 開始日 • 契約ID • 開始日 • 終了日 契約中 解約
57. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i • 契約ID 例：契約状態の表現 未契約 • 契約ID • 開始日 • 契約ID • 開始日 • 終了日 契約中 解約 状態で必要な項目（開始日と終了日）の有無が異なる
58. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; }
59. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; } // 未契約の生成 new 契約(1, null, null, 契約状態.未契約); // 契約中の生成 new 契約(2, 開始日, null, 契約状態.契約中); // 解約の生成 new 契約(3, 開始日, 終了日, 契約状態.解約);
60. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; } // 未契約の生成 new 契約(1, null, null, 契約状態.未契約); // 契約中の生成 new 契約(2, 開始日, null, 契約状態.契約中); // 解約の生成 new 契約(3, 開始日, 終了日, 契約状態.解約); 状態に応じて、不要な日付項目に null いれる
61. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; } // 未契約の生成 new 契約(1, null, null, 契約状態.未契約); // 契約中の生成 new 契約(2, 開始日, null, 契約状態.契約中); // 解約の生成 new 契約(3, 開始日, 終了日, 契約状態.解約); 状態に応じて、不要な日付項目に null いれる 整合性をロジック・コードで担保する 💪
62. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; } // 未契約の生成 new 契約(1, null, null, 契約状態.未契約); // 契約中の生成 new 契約(2, 開始日, null, 契約状態.契約中); // 解約の生成 new 契約(3, 開始日, 終了日, 契約状態.解約); 状態に応じて、不要な日付項目に null いれる 整合性をロジック・コードで担保する 💪 バリデーションや複雑なファクトリが増える... ☹
63. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型でない) enum 契約状態 {未契約,契約中,解約;} class 契約 { int id; LocalDate 開始日; LocalDate 終了日; 契約状態 契約状態; } // 未契約の生成 new 契約(1, null, null, 契約状態.未契約); // 契約中の生成 new 契約(2, 開始日, null, 契約状態.契約中); // 解約の生成 new 契約(3, 開始日, 終了日, 契約状態.解約); 状態に応じて、不要な日付項目に null いれる 整合性をロジック・コードで担保する 💪 バリデーションや複雑なファクトリが増える... ☹ そこに時間や労力を 掛けるのはもったいないかも
64. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型) sealed interface 契約 permits 未契約, 契約中, 解約 { int id(); } record 未契約(int id) implements 契約 {} record 契約中(int id, LocalDate 開始日) implements 契約 {} record 解約(int id, LocalDate 開始日, LocalDate 終了日) implements 契約 {}
65. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型) sealed interface 契約 permits 未契約, 契約中, 解約 { int id(); } record 未契約(int id) implements 契約 {} record 契約中(int id, LocalDate 開始日) implements 契約 {} record 解約(int id, LocalDate 開始日, LocalDate 終了日) implements 契約 {} // 未契約の生成 new 未契約(1); // 契約中の生成 new 契約中(2, 開始日); // 解約の生成 new 解約(3, 開始日, 終了日);
66. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型) sealed interface 契約 permits 未契約, 契約中, 解約 { int id(); } record 未契約(int id) implements 契約 {} record 契約中(int id, LocalDate 開始日) implements 契約 {} record 解約(int id, LocalDate 開始日, LocalDate 終了日) implements 契約 {} // 未契約の生成 new 未契約(1); // 契約中の生成 new 契約中(2, 開始日); // 解約の生成 new 解約(3, 開始日, 終了日); 不要な項目は設定できない
67. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型) sealed interface 契約 permits 未契約, 契約中, 解約 { int id(); } record 未契約(int id) implements 契約 {} record 契約中(int id, LocalDate 開始日) implements 契約 {} record 解約(int id, LocalDate 開始日, LocalDate 終了日) implements 契約 {} // 未契約の生成 new 未契約(1); // 契約中の生成 new 契約中(2, 開始日); // 解約の生成 new 解約(3, 開始日, 終了日); 不要な項目は設定できない 型で整合性を担保し、型で表現する
68. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 例：契約状態の表現(代数的データ型) sealed interface 契約 permits 未契約, 契約中, 解約 { int id(); } record 未契約(int id) implements 契約 {} record 契約中(int id, LocalDate 開始日) implements 契約 {} record 解約(int id, LocalDate 開始日, LocalDate 終了日) implements 契約 {} // 未契約の生成 new 未契約(1); // 契約中の生成 new 契約中(2, 開始日); // 解約の生成 new 解約(3, 開始日, 終了日); 不要な項目は設定できない 型で整合性を担保し、型で表現する コンパイル時に気づくことができる さらに先のパターンマッチとの併用でより効果的に扱える
69. まとめ
70. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i まとめ • コンパイルフェーズで防げるのは魅力 • その他の機能と組み合わせることで型の表現力が上がる • とはいえ、チームの状況に合わせてね ◦ 用法用量を守ることが大事 • 大前提が Java 17 ◦ 定期的なバージョンアップも必要 ◦ Java はドンドン進化する
71. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 参考 [Project Amber について] https://openjdk.org/projects/amber/ https://openjdk.org/projects/amber/design-notes/rec ords-and-sealed-classes
72. シールドクラスをはじめよう #jjug_ccc #jjug_ccc_i 参考 [Sealed Classes] https://openjdk.org/jeps/409 [Pattern Matching for switch] https://openjdk.org/jeps/441
73. ご清聴いただき ありがとうございました