java.util.jar 完全ガイド：JARファイルの作成、読み込み、署名をマスターする

はじめに：なぜ今、java.util.jar を学ぶのか？

Java開発において、JAR (Java Archive) ファイルは、コンパイルされたクラスファイル、関連するメタデータ、リソース（画像、設定ファイルなど）を単一のファイルに集約するための標準的なフォーマットです。 このJARファイルをプログラム的に操作するためのAPIが、java.util.jar パッケージとして提供されています。 ライブラリの配布、アプリケーションのデプロイ、プラグイン機構の実現など、Javaエコシステムの根幹を支える技術であり、その理解はすべてのJava開発者にとって不可欠です。

このパッケージは、単にファイルをまとめるだけでなく、マニフェストファイルによるメタデータの管理、デジタル署名によるセキュリティの確保、Service Provider Interface (SPI) による拡張性の提供など、高度な機能を持っています。 本記事では、java.util.jar パッケージの基本から応用までを、具体的なコード例を交えながら徹底的に解説していきます。

第1章: JARファイルとは？その心臓部「マニフェスト」を理解する

Manifest-Version: 1.0
Created-By: 11.0.11 (AdoptOpenJDK)
Main-Class: com.example.MyApplication
Implementation-Title: My Awesome App
Implementation-Version: 1.2.3
Implementation-Vendor: Example Inc.

Name: com/example/secure/Secret.class
SHA-256-Digest: (ここにダイジェスト値)

第2章: `java.util.jar` パッケージの主要クラス群

java.util.jar パッケージには、JARファイルを扱うための便利なクラスが多数用意されています。 ここでは、特に重要なクラスの役割と概要を解説します。

第3章: 実践！JARファイルのプログラマティックな操作

それでは、実際にこれらのクラスを使ってJARファイルを操作するコードを見ていきましょう。

3.1 新しいJARファイルの作成 (`JarOutputStream`)

ここでは、いくつかのファイルをまとめて新しいJARファイルを作成し、同時に実行可能なJARにするためにマニフェストも生成します。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
import java.io.*;
import java.util.jar.*;

public class CreateJarExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String jarFilePath = "MyExecutableApp.jar";
        String mainClassName = "com.example.Main";
        String[] sourceFiles = {"com/example/Main.class", "com/example/Util.class"};
        
        // 1. マニフェストオブジェクトの作成
        Manifest manifest = new Manifest();
        Attributes mainAttributes = manifest.getMainAttributes();
        mainAttributes.put(Attributes.Name.MANIFEST_VERSION, "1.0");
        mainAttributes.put(Attributes.Name.MAIN_CLASS, mainClassName);

        // 2. JarOutputStreamの準備 (try-with-resourcesで自動クローズ)
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(jarFilePath);
             JarOutputStream jos = new JarOutputStream(fos, manifest)) {

            System.out.println("マニフェストを書き込みました。");

            // 3. 各ファイルをエントリとして追加
            for (String filePath : sourceFiles) {
                // ここではダミーファイルを作成して追加
                File fileToAdd = createDummyFile(filePath);
                
                System.out.println(filePath + " をJARに追加中...");
                JarEntry entry = new JarEntry(filePath);
                jos.putNextEntry(entry);
                
                // ファイルの内容を読み込んで書き込む
                try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileToAdd))) {
                    byte[] buffer = new byte;
                    int bytesRead;
                    while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                        jos.write(buffer, 0, bytesRead);
                    }
                }
                jos.closeEntry();
                fileToAdd.delete(); // ダミーファイルを削除
                new File(fileToAdd.getParent()).delete(); // ダミーディレクトリを削除
            }
            System.out.println("JARファイルの作成が完了しました: " + jarFilePath);
        }
    }

    // テスト用のダミーファイルを作成するヘルパーメソッド
    private static File createDummyFile(String path) throws IOException {
        File file = new File(path);
        file.getParentFile().mkdirs();
        try (FileWriter writer = new FileWriter(file)) {
            writer.write("This is a dummy file for " + path);
        }
        return file;
    }
}

3.2 既存のJARファイルの読み込みと内容の展開 (`JarFile`)

次に、既存のJARファイルを開き、その中に含まれるエントリの一覧を表示し、特定のエントリの内容を読み取る方法を見てみましょう。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
import java.io.*;
import java.util.jar.*;
import java.util.Enumeration;

public class ReadJarExample {
    public static void main(String[] args) {
        String jarFilePath = "MyExecutableApp.jar"; // 先ほど作成したJARファイルを指定

        // JarFileはリソースを解放する必要があるため、try-with-resourcesを使用
        try (JarFile jarFile = new JarFile(jarFilePath)) {
            
            // 1. マニフェストの読み込みと表示
            System.out.println("--- マニフェスト情報 ---");
            Manifest manifest = jarFile.getManifest();
            if (manifest != null) {
                Attributes mainAttributes = manifest.getMainAttributes();
                mainAttributes.forEach((key, value) -> 
                    System.out.println(key + ": " + value)
                );
            } else {
                System.out.println("マニフェストファイルが見つかりません。");
            }
            
            System.out.println("\n--- JARファイル内のエントリ一覧 ---");
            
            // 2. 全エントリの列挙
            Enumeration<JarEntry> entries = jarFile.entries();
            while (entries.hasMoreElements()) {
                JarEntry entry = entries.nextElement();
                System.out.println("エントリ名: " + entry.getName() + ", サイズ: " + entry.getSize() + " bytes");
                
                // 3. 特定のエントリの内容を読み込む (例: Main.class)
                if (entry.getName().endsWith("Main.class")) {
                    System.out.println("  -> " + entry.getName() + " の内容を読み込みます...");
                    try (InputStream is = jarFile.getInputStream(entry)) {
                        // ここでは最初の数バイトを読み込んで表示するだけ
                        byte[] buffer = new byte;
                        int bytesRead = is.read(buffer);
                        System.out.print("     先頭バイト: ");
                        for(int i = 0; i < bytesRead; i++) {
                             System.out.printf("%02X ", buffer[i]);
                        }
                        System.out.println();
                    }
                }
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.err.println("エラー: 指定されたJARファイルが見つかりません。 " + jarFilePath);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("JARファイルの読み込み中にエラーが発生しました。");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

第4章: JARファイルのセキュリティ – 署名と検証

JARファイルは、配布と実行を容易にする一方で、悪意のある第三者による改ざんのリスクも伴います。 このリスクに対処するため、JARファイルにはデジタル署名を行う機能が備わっています。

4.1 なぜ署名が必要か？

JARファイルに署名する主な目的は2つです。

1. 完全性 (Integrity) の保証: 署名されたJARファイルは、配布中に内容が1ビットでも変更されると、検証時にエラーとなります。これにより、ファイルが改ざんされていないことを保証します。
2. 提供元の認証 (Authentication): 署名は、信頼できる認証局（CA）によって発行されたデジタル証明書に基づいて行われます。これにより、ユーザーはそのJARファイルが確かに信頼できる提供元から来たものであることを確認できます。

ブラウザ上で実行されるJavaアプレットやJava Web Startアプリケーションでは、署名されていないコードはサンドボックス内で厳しく制限されますが、信頼できる証明書で署名されたコードにはより多くの権限が与えられます。

4.2 `jarsigner` ツールによる署名と検証

JARファイルの署名と検証は、主にJDKに付属する jarsigner というコマンドラインツールを使って行います。 署名には、事前に keytool ツールで作成したキーストアと秘密鍵が必要です。

jarsigner -keystore mykeystore.jks -storepass mystorepass MyExecutableApp.jar mykeyalias

jarsigner -verify -verbose MyExecutableApp.jar

署名を行うと、META-INF ディレクトリに .SF (Signature File) と .DSA または .RSA (Signature Block File) といったファイルが自動的に生成されます。 これらのファイルに署名情報と各ファイルのダイジェストが含まれています。

4.3 プログラムによる署名情報の検証

プログラムからJARファイルの署名情報を確認することも可能です。 これにより、アプリケーションが動的にロードするJARファイルの信頼性を実行時にチェックできます。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
import java.io.IOException;
import java.util.jar.JarFile;
import java.util.jar.JarEntry;
import java.security.cert.Certificate;
import java.util.Enumeration;
import java.io.InputStream;

public class VerifyJarSignatureExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String signedJarPath = "SignedApp.jar"; // 署名済みのJARファイルを指定

        try (JarFile jarFile = new JarFile(signedJarPath)) {
            System.out.println(signedJarPath + " の署名情報を検証します...");

            // マニフェストエントリをまず読み込む必要がある
            JarEntry manifestEntry = jarFile.getJarEntry("META-INF/MANIFEST.MF");
            if (manifestEntry == null) {
                System.out.println("マニフェストが見つかりません。署名されていません。");
                return;
            }
            readEntry(jarFile, manifestEntry); // エントリを読み込むことで検証がトリガーされる

            Enumeration<JarEntry> entries = jarFile.entries();
            while (entries.hasMoreElements()) {
                JarEntry entry = entries.nextElement();
                if (entry.isDirectory()) {
                    continue;
                }
                
                System.out.println("エントリ: " + entry.getName());

                try {
                    // エントリの内容を読み込むことで、そのエントリの署名が検証される
                    readEntry(jarFile, entry);
                    
                    // 署名者証明書を取得
                    Certificate[] certs = entry.getCertificates();
                    if (certs != null && certs.length > 0) {
                        System.out.println("  署名者: " + ((java.security.cert.X509Certificate)certs).getSubjectX500Principal());
                    } else {
                        // META-INF内のファイルなど、署名対象外のエントリは証明書を持たない
                        if (!entry.getName().startsWith("META-INF")) {
                           System.out.println("  警告: このエントリは署名されていません！");
                        }
                    }
                } catch (SecurityException e) {
                    System.err.println("  セキュリティ例外: " + entry.getName() + " の署名検証に失敗しました！ 改ざんの可能性があります。");
                    System.err.println("    " + e.getMessage());
                }
            }
            System.out.println("\n検証が完了しました。");

        }
    }
    
    // エントリの全内容を読み込むヘルパーメソッド
    private static void readEntry(JarFile jarFile, JarEntry entry) throws IOException {
        try (InputStream is = jarFile.getInputStream(entry)) {
            byte[] buffer = new byte;
            while (is.read(buffer) != -1) {
                // 内容は読み捨てる
            }
        }
    }
}

第5章: 発展的なトピックとベストプラクティス

5.1 Service Provider Interface (SPI) との連携

java.util.jar は、Javaの強力な拡張機能メカニズムである Service Provider Interface (SPI) を支える重要な役割を担っています。SPIは、特定のインターフェースの実装を動的に発見・ロードするための仕組みです。

ライブラリの提供者は、META-INF/services/ という特別なディレクトリに、サービスインターフェースの完全修飾名をファイル名として持つ設定ファイルを作成します。 このファイルの中には、そのインターフェースを実装したクラスの完全修飾名を1行ずつ記述します。

アプリケーション側は java.util.ServiceLoader クラスを使って、クラスパス上にあるすべてのJARファイルからこの設定ファイルを検索し、実装クラスをインスタンス化できます。これにより、アプリケーションのコードを変更することなく、新しい実装（例えば、新しいデータベースドライバや画像フォーマットのデコーダ）をJARファイルとして追加するだけで機能拡張が可能になります。

5.2 Javaモジュールシステム (JPMS) との関係

Java 9で導入されたJava Platform Module System (JPMS) は、JARが抱えていたいくつかの課題（いわゆる「JAR地獄」）を解決するために設計されました。 JPMSは、より厳密なカプセル化と明示的な依存関係の定義を提供します。

モジュールは、module-info.java という記述子を含むJARファイル（モジュラーJAR）またはJMOD形式のファイルとしてパッケージングされます。 しかし、JPMSが導入されたからといって、従来のJARファイルが不要になったわけではありません。クラスパスベースで動作する膨大な数の既存ライブラリやアプリケーションとの後方互換性を保つため、非モジュラーなJARファイルは「自動モジュール」としてモジュールシステムから扱われます。

新しいプロジェクトではモジュールシステムの利用が推奨されますが、java.util.jar パッケージとJARファイル形式は、依然としてJavaエコシステムの基本的な構成要素であり続けるでしょう。

5.3 パフォーマンスに関する考慮事項

• `JarFile` vs `JarInputStream`: ファイルシステム上のJARファイルにアクセスする場合、JarFile はランダムアクセスが可能で、内部的にインデックスを利用するため、特定のエントリを読み取る際には JarInputStream よりも高速です。JarInputStream はストリームベースであり、ネットワーク越しのデータなど、シーケンシャルな読み込みにしか利用できない場合に適しています。
• リソースのクローズ: JarFile, JarInputStream, JarOutputStream はすべて、ネイティブのリソースを扱うため、使用後は必ず close() メソッドを呼び出す必要があります。try-with-resources 構文を使用することで、これを確実に行うことができます。