Spring Framework徹底解説：DIからSpring Bootまで

• Spring Frameworkの根幹をなすDI (依存性の注入)とAOP (アスペクト指向プログラミング)の基本概念
• 設定を簡素化し開発を加速させるSpring Bootの概要と基本的な使い方
• Webアプリケーション開発の要であるSpring MVCの仕組みと実装方法
• データベースアクセスを効率化するSpring Data JPAの利用方法
• プロジェクトの雛形を簡単に作成できるSpring Initializrの使い方

Spring Frameworkは、Javaプラットフォーム向けのオープンソースアプリケーションフレームワークです。エンタープライズレベルのアプリケーション開発を容易にすることを目的としており、その包括的なプログラミングおよび設定モデルは、今日のJava開発においてデファクトスタンダードの一つとなっています。

2002年にRod Johnsonによって最初のバージョンがリリースされて以来、継続的なアップデートを経て進化を続けています。特に、複雑だった設定を大幅に簡略化するSpring Bootの登場により、開発者はビジネスロジックの実装にさらに集中できるようになりました。 その結果、Webアプリケーションやマイクロサービス、バッチ処理など、多種多様なシステムの開発に採用されています。

Spring Frameworkを理解する上で欠かせないのが、DI (Dependency Injection)とAOP (Aspect-Oriented Programming)という2つの核心的な概念です。 これらは、アプリケーションを疎結合でモジュール性の高い構造にするための強力な仕組みです。

1.1. DI (Dependency Injection) / IoC (Inversion of Control)

DIは「依存性の注入」と訳されます。 通常、あるクラス（オブジェクト）が別のクラスの機能を利用する場合、その内部で利用したいクラスのインスタンスを生成します。これでは、2つのクラスが密接に結びついてしまい（密結合）、一方の変更がもう一方に影響を与えやすくなります。

DIでは、この依存関係をクラスの外部から設定（注入）します。クラス自身が依存オブジェクトを生成するのではなく、IoCコンテナ（Inversion of Controlコンテナ、制御の反転コンテナ）と呼ばれる仕組みが、必要なオブジェクトを生成し、適切な場所に注入してくれるのです。

Springでは、主にアノテーションを使ってDIを実現します。DIコンテナに管理させたいクラスには@Componentを、依存性を注入したいフィールドやコンストラクタには@Autowiredを付与します。

// DIコンテナに管理されるサービスクラス
@Component
public class MyService { public String getMessage() { return "Hello from MyService!"; }
}
// MyServiceに依存するコントローラクラス
@RestController
public class MyController { private final MyService myService; // コンストラクタ経由でMyServiceのインスタンスが注入される @Autowired public MyController(MyService myService) { this.myService = myService; } @GetMapping("/") public String index() { return myService.getMessage(); }
} 

この例では、MyControllerはMyServiceを必要としていますが、自身でnew MyService()とは記述しません。SpringのIoCコンテナがMyServiceのインスタンスを生成し、MyControllerのコンストラクタを通じて注入します。

1.2. AOP (Aspect-Oriented Programming)

AOPは「アスペクト指向プログラミング」と訳され、アプリケーションの関心事を分離するためのプログラミングパラダイムです。

多くのアプリケーションでは、ロギング、トランザクション管理、セキュリティチェックといった、複数のモジュールにまたがって必要となる共通機能が存在します。これらを「横断的関心事」と呼びます。AOPを利用することで、これらの横断的関心事を本来のビジネスロジックから切り離し、独立したモジュール（アスペクト）として実装できます。

Spring AOPでは、特定のメソッドの実行前、実行後、またはその両方といったタイミングで、定義した処理（アドバイス）を割り込ませることができます。これは、DIと同様にアノテーションを用いて実現されます。

@Aspect // このクラスがアスペクトであることを示す
@Component
public class LoggingAspect { // "com.example.service"パッケージ配下のすべてのpublicメソッド実行前に処理を割り込ませる @Before("execution(public * com.example.service.*.*(..))") public void logBefore(JoinPoint joinPoint) { System.out.println("メソッド開始: " + joinPoint.getSignature().toShortString()); } // メソッドが正常に終了した後に処理を割り込ませる @AfterReturning("execution(public * com.example.service.*.*(..))") public void logAfterReturning(JoinPoint joinPoint) { System.out.println("メソッド正常終了: " + joinPoint.getSignature().toShortString()); }
} 

このように、ビジネスロジックのコードには一切手を加えることなく、ログ出力処理を追加できるのがAOPの強力な点です。

2.1. Spring Bootとは？

Spring Bootは、Spring Frameworkをベースにしたアプリケーションを、最小限の設定で迅速に開発するためのフレームワークです。 従来のSpring Frameworkでは、多くのXML設定やBean定義が必要でしたが、Spring Bootは「設定より規約」のアプローチを採用し、多くの設定を自動化しています。

主な特徴は以下の通りです。

• 自動設定 (Auto-configuration): クラスパスに含まれるライブラリを検知し、必要となるであろう設定を自動的に行います。
• スターター依存関係 (Starter Dependencies): spring-boot-starter-webのように、特定の機能開発に必要なライブラリ群をまとめて提供します。これにより、依存関係の管理が大幅に簡素化されます。
• 組み込みサーバー: TomcatやJettyといったWebサーバーを内包しており、アプリケーションを単一の実行可能JARファイルとしてパッケージングし、java -jarコマンドだけで起動できます。

2.2. Spring Initializrによるプロジェクト作成

Spring Bootプロジェクトを開始する最も簡単な方法は、公式のWebツールであるSpring Initializrを利用することです。

https://start.spring.io/にアクセスし、以下の項目を設定します。

設定後、「GENERATE」ボタンをクリックすると、プロジェクトの雛形がZIPファイルとしてダウンロードされます。 これを解凍し、好みのIDE（統合開発環境）で開けば、すぐに開発を始めることができます。

2.3. Hello Worldアプリケーション

Spring Initializrで生成されたプロジェクトには、すでに最小限のアプリケーションコードが含まれています。

src/main/java/com/example/demo/DemoApplication.java

package com.example.demo;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class DemoApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(DemoApplication.class, args); }
} 

@SpringBootApplicationは、@Configuration, @EnableAutoConfiguration, @ComponentScanという3つの重要なアノテーションをまとめたものです。これにより、このクラスが設定クラスであり、自動設定を有効にし、コンポーネントのスキャンを開始することを示します。

次に、簡単なWebリクエストに応答するコントローラを作成します。

src/main/java/com/example/demo/HelloController.java (新規作成)

package com.example.demo;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class HelloController { @GetMapping("/") public String hello() { return "Hello, Spring Boot!"; }
} 

• @RestController: このクラスがRESTfulなWebサービスのエンドポイントであることを示します。このアノテーションが付いたクラスのメソッドの戻り値は、自動的にHTTPレスポンスのボディに書き込まれます。
• @GetMapping("/"): HTTP GETリクエストを、指定されたパス（この場合はルートパス “/”）にマッピングします。

Mavenを利用している場合はターミナルで./mvnw spring-boot:run、Gradleの場合は./gradlew bootRunコマンドを実行するか、IDEの実行機能を使ってDemoApplicationのmainメソッドを実行します。

起動後、Webブラウザで http://localhost:8080 にアクセスすると、”Hello, Spring Boot!”という文字列が表示されるはずです。

Spring MVCは、Webアプリケーションを開発するためのフレームワークで、有名なMVC（Model-View-Controller）デザインパターンに基づいています。 リクエストの受付からビジネスロジックの呼び出し、レスポンスの生成までの一連の流れを制御します。

中心的な役割を果たすのがDispatcherServletです。すべてのリクエストを最初に受け取り、適切なコントローラ（Handler）に処理を振り分けます。

3.1. Controllerの実装

Controllerは、ユーザーからのリクエストを受け取り、それに応じた処理を行うコンポーネントです。

リクエストマッピング

どのURLとHTTPメソッドをどの処理メソッドに結びつけるかを定義します。

• @RequestMapping("/path"): 全てのHTTPメソッドに対応します。
• @GetMapping("/path"): HTTP GETメソッドに特化しています。
• @PostMapping("/path"): HTTP POSTメソッドに特化しています。
• @PutMapping("/path"): HTTP PUTメソッドに特化しています。
• @DeleteMapping("/path"): HTTP DELETEメソッドに特化しています。

リクエストパラメータの受け取り

リクエストからデータを受け取るための様々なアノテーションが用意されています。

@RestController
@RequestMapping("/api/users")
public class UserController { // クエリパラメータを受け取る例: /api/users/search?name=John @GetMapping("/search") public String searchUser(@RequestParam(name = "name", defaultValue = "Guest") String userName) { return "Searching for user: " + userName; } // パス変数を受け取る例: /api/users/123 @GetMapping("/{id}") public String getUserById(@PathVariable("id") Long userId) { return "Fetching user with ID: " + userId; } // リクエストボディをJavaオブジェクトにマッピングする例 @PostMapping("/") public User createUser(@RequestBody User user) { // userオブジェクトを保存する処理など System.out.println("Creating user: " + user.getName()); return user; }
}
// リクエストボディに対応するDTO (Data Transfer Object)
class User { private String name; private String email; // getter, setter
} 

Spring Data JPAは、JPA (Java Persistence API) をベースにしたデータベースアクセスの実装を大幅に簡素化するプロジェクトです。 定型的なデータアクセス層（DAO）の実装コードを記述することなく、リポジトリインターフェースを定義するだけで、基本的なCRUD（作成、読み取り、更新、削除）操作が可能になります。

4.1. 準備

まず、pom.xml（Mavenの場合）に依存関係を追加します。Webアプリケーションでデータベースを使う場合、通常以下の3つが必要になります。

1. spring-boot-starter-data-jpa: Spring Data JPAを利用するためのスターター。
2. spring-boot-starter-web: (既に追加済み)
3. データベースドライバ: 使用するデータベースに応じたドライバ（例: H2, MySQL, PostgreSQL）。

<!-- pom.xml -->
<dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>com.h2database</groupId> <artifactId>h2</artifactId> <scope>runtime</scope> </dependency>
</dependencies> 

次に、src/main/resources/application.propertiesにデータベース接続情報を記述します。Spring BootはH2データベースがクラスパスにあると、自動的にインメモリデータベースを設定します。

# application.properties
spring.datasource.url=jdbc:h2:mem:testdb
spring.datasource.driverClassName=org.h2.Driver
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.H2Dialect
# アプリケーション起動時にスキーマを自動生成する
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update 

4.2. エンティティとリポジトリの作成

エンティティは、データベースのテーブルに対応するJavaクラスです。@Entityアノテーションで示し、主キーには@Idを付与します。

src/main/java/com/example/demo/entity/Customer.java

package com.example.demo.entity;
import jakarta.persistence.Entity;
import jakarta.persistence.GeneratedValue;
import jakarta.persistence.GenerationType;
import jakarta.persistence.Id;
@Entity
public class Customer { @Id @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO) private Long id; private String firstName; private String lastName; // Getters and Setters ...
} 

リポジトリは、エンティティに対するデータ操作を定義するインターフェースです。Spring Data JPAのJpaRepositoryを継承するだけで、基本的なCRUDメソッドが自動的に提供されます。

src/main/java/com/example/demo/repository/CustomerRepository.java

package com.example.demo.repository;
import com.example.demo.entity.Customer;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import java.util.List;
public interface CustomerRepository extends JpaRepository<Customer, Long> { // メソッド名からクエリを自動生成 (FindBy + {プロパティ名}) List<Customer> findByLastName(String lastName);
} 

このfindByLastNameのように、特定の命名規則に従ってメソッドを定義するだけで、Spring Data JPAが適切なJPQL（Java Persistence Query Language）クエリを自動で生成してくれます。 これをクエリメソッドと呼びます。

4.3. サービス層での利用

作成したリポジトリをサービス層やコントローラ層で注入して使用します。

@Service
public class CustomerService { private final CustomerRepository customerRepository; @Autowired public CustomerService(CustomerRepository customerRepository) { this.customerRepository = customerRepository; } public Customer saveCustomer(Customer customer) { return customerRepository.save(customer); // 保存（INSERT or UPDATE） } public List<Customer> findAllCustomers() { return customerRepository.findAll(); // 全件取得 } public Optional<Customer> findCustomerById(Long id) { return customerRepository.findById(id); // IDで1件取得 } public List<Customer> findByLastName(String lastName) { return customerRepository.findByLastName(lastName); // カスタムメソッドの呼び出し } public void deleteCustomer(Long id) { customerRepository.deleteById(id); // IDで削除 }
} 

このように、Spring Data JPAを利用することで、SQLを直接記述することなく、直感的かつ安全にデータベース操作を実装できます。

本記事では、Javaの強力なフレームワークであるSpring Frameworkについて、その核心的な概念であるDIとAOPから、モダンな開発を支えるSpring Boot、そしてWebアプリケーション開発に不可欠なSpring MVCとデータベースアクセスのためのSpring Data JPAまで、幅広く解説しました。

Spring Frameworkはそのエコシステムが非常に広大で、今回紹介した以外にも、セキュリティを司るSpring Security、バッチ処理のためのSpring Batch、マイクロサービスアーキテクチャを構築するためのSpring Cloudなど、数多くのプロジェクトが存在します。