10 Concepts to Improve Your Mastery of JavaScript
JavaScriptは、間違いなく世界で最も人気のあるプログラミング言語の1つで、インタラクティブなWebサイトやWebアプリケーションを作成するために使用されています。開発者にとって、JavaScriptを学ぶことは、その強さと多用途性から、豊富なチャンスにつながる可能性があります。この記事では、JavaScriptの習得度を高め、スキルを次のレベルに引き上げるのに役立つ10の重要な概念を探ります。これらのコンセプトは、JavaScriptの強力な基礎となり、より有能で自信に満ちた開発者に成長するための助けとなるでしょう。
1.Promises
コード内で非同期処理を行うための強力なツールが、JavaScriptのPromiseです。Promiseは、ネットワークリクエストのような非同期操作の結果を、コードの残りの部分の実行をブロックすることなく処理する手段を提供します。Promiseは、fulfilled、rejected、pendingの3つの状態のいずれかになり、非同期処理の最終結果を象徴しています。
コールバック関数の使用と比較して、Promiseは非同期操作の結果をより合理的かつ制御された方法で処理するメカニズムを提供します。さらに、一貫した方法でエラーを処理したり、複数の非同期タスクを連鎖させたりすることが容易になります。
Promiseは、AngularJS、ReactJS、Node.jsなどのJavaScriptライブラリやフレームワークで広く使用されています。ES6で導入されたPromiseは、最新のJavaScript開発の基本概念です。Promiseの正しい使い方を知ることで、コードの可読性、保守性、パフォーマンスを大幅に向上させることができます。
JavaScriptのPromiseを使う場合、「Promise」オブジェクトは、新しいPromiseを作成するコンストラクタで、「エクゼキュータ」と呼ばれる関数を1つの引数として受け取ります。executor関数は「resolve」と「reject」という2つのパラメータを取り、非同期処理が成功したか失敗したかを示すのに利用できます。
次の例を見てみましょう
code: JavaScript
const promise = new Promise((resolve, reject) => {
// some asynchronous operation
if (success) {
resolve(value);
} else {
reject(error);
}
});
プロミスを作成したら、"then "メソッドでプロミスが解決したときに呼び出されるコールバックを、"catch "メソッドでプロミスが拒否されたときに呼び出されるコールバックをアタッチすることが可能です。また、Promise.all()メソッドやPromise.race()メソッドを使用すれば、複数のプロミスを同時に管理することもできます。プロミスは、最新のJavaScript環境で利用でき、主要なブラウザでサポートされているので、プロジェクトで安心して使うことができます。
2. Async/Await
promiseと同様に、「async/await」機能は、JavaScriptで非同期操作を処理するために使用されます。ECMAScript 2017（ES8）で導入され、JavaScriptの非同期コードをより管理しやすく、読みやすくするためにpromiseの上に構築されています。Async/awaitは、同期的な外観と振る舞いを持つ非同期コードを作成するためのテクニックを提供します。
非同期関数は、「async」キーワードで定義されます。非同期関数はプロミスを生成し、「await」キーワードを使用して、プロミスの実行を待つ間、コードの実行を遅らせることができます。
以下に例を示します。
code: JavaScript
const getData async() => {
const data = await response.json();
return data;
}
上記のコードでは、「fetch」はプロミスを返す非同期関数で、「await」キーワードは、JSONデータをパースする前にプロミスが解決するのを待つために使用されています。
async/awaitを使うことで、コードの理解や保守が容易になり、より堅牢になります。また、コールバックやプロミスと比べて、より現代的でわかりやすく、効果的な非同期コードの記述方法です。
とはいえ、async/awaitはpromiseを補うものであって、置き換えるものではないことに注意する必要があります。簡単に言えば、同じ操作を行うための異なる構文です。内部で非同期フローを処理するためにプロミスに依存することは変わりません。
3. Closures
JavaScriptでは、クロージャという重要な概念により、内部関数が外部関数の変数やスコープにアクセスすることができます。ある関数が別の関数の内部で定義され、外側の関数が実行を完了した後も、内側の関数が外側の関数の変数や実行スコープにアクセスし続ける場合、クロージャが生成されます。
次のようなコードを考えてみましょう。
code: JavaScript
function outerFunction(x) {
return function innerFunction() {
return x;
};
}
const myClosure = outerFunction(10);
console.log(myClosure()); // returns 10
この例では、変数 x は外側関数 outerFunction の内部で定義されているため、外側関数のスコープから内側関数 innerFunction にアクセスすることができます。外側関数は内側関数を返し、その内側関数は変数myClosureに代入されます。外側関数の実行が完了しても、内側関数はxの値にアクセスすることができ、呼び出されたときにxを返すことができます。
JavaScriptのクロージャは、プライベート変数の作成、関数型プログラミングパラダイムの適用、ループでのクロージャの作成など、さまざまなタスクによく使われます。関数がデータを持ち運べるようにすることで、クロージャは堅牢で表現力豊かなコードを構築するために活用することも可能です。また、JavaScriptでは、オブジェクト指向のプログラミングパターンを実装するために使用することができます。
それにもかかわらず、クロージャは適切に使用しないと、内側の関数が外側の関数の変数とスコープへの参照を維持し続け、ガベージコレクタがメモリを解放できないため、メモリリークを引き起こす可能性もあります。
4. Prototypal Inheritance
JavaやC#などの言語で使われているクラスベースの継承モデルとは対照的に、JavaScriptではプロトタイプベースの継承モデルを採用しています。JavaScriptでは、オブジェクトはクラスからではなく、他のオブジェクトからプロパティとメソッドを継承します。
JavaScriptの各オブジェクトは、__proto__（またはプロトタイプ）という内部プロパティを持ち、これは "プロトタイプオブジェクト "として知られる別のオブジェクトを指しています。オブジェクトのプロパティやメソッドにアクセスする場合、JavaScriptはまず、オブジェクト自体にそのプロパティやメソッドが直接定義されているかどうかを判断します。もしそれがなければ、JavaScriptはオブジェクトのプロトタイプオブジェクトをチェックし、プロパティやメソッドを見つけるか、チェーンの終わりに到達するまでプロトタイプチェーンを検索し続けます。
次のようなコードを考えてみましょう。
code: JavaScript
const animal = {
eats: true
};
const dog = {
barks: true
};
dog.__proto__ = animal;
console.log(dog.eats); // returns true
この例の "dog "オブジェクトは、"eats "属性を直接指定するのではなく、そのプロトタイプである "animal "から継承していることが、上のコードでお分かりいただけると思います。これがプロトタイプ継承の仕組みです。これは、オブジェクトが他のオブジェクトのプロパティやメソッドを継承する仕組みである。
ここで注意しなければならないのは、この文脈での継承は静的ではなく動的であるということです。つまり、プロパティやメソッドを追加したり削除したりしてプロトタイプオブジェクトを変更すれば、そこから派生するオブジェクトはその変更を反映して更新されます。
JavaScriptにおけるプロトタイプベースの継承パラダイムは、クラスベースの継承よりも柔軟で強力な可能性を持っていますが、同時に複雑で理解しにくいものでもあります。JavaScriptでオブジェクトを正しく使い、作成するためには、プロトタイプベースの継承をしっかりと理解する必要があります。
5. Currying
JavaScriptにおけるCurryingとは、関数の引数の一部をあらかじめ埋めておくことで、関数の部分的な適用を可能にする技術です。これにより、関数の呼び出しを再利用し、柔軟に対応することができる。
例として、2つの引数xとyを受け取り、その合計を返す関数を考えてみます。
code: JS
function add(x, y) {
return x + y;
}
console.log(add(2, 3)); // 5
クロージャを使えば、この関数を、残りの引数を受け取るカリード関数に変更することができる。
code: JS
function add(x) {
return function(y) {
return x + y;
}
}
const add2 = add(2);
console.log(add2(3)); // 5
この図では、add(2)の最初の使用により、最終引数yを受け取る新しい関数が生成されます。xとyの値はすでにそれぞれ2、3に設定されているので、add2(3)が呼ばれると、結果は5となります。
spread演算子やarrow関数も、curryingを実現するために使うことができる。以下の例を見てみましょう。
code: JS
const add = (x, y) => (...args) => x + y + args.reduce((a, b) => a + b, 0);
const add2 = add(2);
console.log(add2(3, 4, 5)); // 14
この図では、add(2)を最初に呼び出すと、残りの引数の数に関係なくxとyを足す新しい矢印関数が生成されます。
Curryingは、コードの再利用性と可読性を高めると同時に、関数呼び出しをより柔軟にすることができます。
6. Higher-Order Functions
JavaScriptにおける高階関数とは、1つ以上の関数を引数として受け取り、別の関数を出力として返す関数のことです。他の変数や値と同様に使用できるため、これらの関数は「ファーストクラス関数」とも呼ばれる。高次」という言葉は、通常のJavaScriptの関数よりも抽象度が高いことを表しています。
高階関数の例として、以下のようなものがあります：
i. i. Array.prototype.map()： 引数として受け取った配列の各要素にコールバック関数を適用し、その結果を新しい配列として返す関数。
ii. ii. Array.prototype.filter()： 引数としてコールバック関数を受け取り、配列の各要素にコールバック関数を適用し、テストに合格した要素のみを含む新しい配列を返す。
iii. Array.prototype.reduce()： この関数は、引数としてコールバック関数を受け取り、配列の各要素に適用し、結果を1つの値に累積します。
iv. Array.prototype.forEach()： 配列の各要素に対して、指定されたコールバック関数をインデックス昇順に1回呼び出す。
v. setTimeout()： この関数は、コールバック関数を入力として受け取り、その実行を将来の所定時間にスケジュールする。
vi. Promise.then()： この関数は、コールバック関数を入力として受け入れ、約束が解決されたときに実行をスケジュールする。
これらの高次関数は、ロジックや機能を変数や引数として渡すことで抽象化し、より適応的で再利用性の高いコードを実現する仕組みとなっています。例えば、数字の配列から偶数のみを返すようにしたい場合は、高階メソッドfilter()を使用します。
code: JS
const evenNumbers = numbers.filter(number => number % 2 === 0);
この例のfilter()関数は、コールバックとして無名関数を受け取り、それを使って配列の各要素が偶数かどうかを判断し、偶数のみを返すようにしました。
7. Generators
JavaScriptの特殊な関数で、実行の一時停止や再スタートを可能にするものです。イテレータや非同期プログラムを扱う際に、時間の経過とともに値の並びを構築することができるため、有用です。
ジェネレータ関数はfunction*キーワードで定義され、yieldキーワードで実行を一時停止して値を返します。ジェネレータ関数が呼び出されると、ジェネレータの実行を制御するために使用できるイテレータオブジェクトが生成されます。
例えば、フィボナッチ数列の次の数を返すジェネレーター関数を作りたいとします。
code: JS
function* fibonacci() {
while (true) {
yield a;
}
}
const fib = fibonacci();
console.log(fib.next().value); // 0
console.log(fib.next().value); // 1
console.log(fib.next().value); // 1
console.log(fib.next().value); // 2
上記の例では、function* キーワードを使用して、ジェネレータ関数 fibonacci() を宣言しています。yieldキーワードでaの現在値を返し、destructuring代入でaとbの値を更新しています。whileループは、ジェネレータが無限に新しい値を生成し続けることを保証します。
ジェネレータ関数が呼び出されると、ジェネレータの実行を制御するために使用できるイテレータオブジェクトが返されます。next()メソッドは、実行を再開して次の値を返すために使用されます。
大規模なデータセット、非同期コード、イテレータ、無限シーケンスはすべて、ジェネレータの助けを借りて実装することができます。一度にすべてのデータをメモリに読み込む必要がなく、時間の経過とともに次々と値を生成することができます。
8. WeakMaps and WeakSets
JavaScriptのMapと同様に、WeakMapはキーと値のペアを保存することができるデータコレクションタイプです。重要な違いは、WeakMapのキーは弱く参照されるということです。つまり、そのキーへの参照が他に存在しない場合は、ガベージコレクションされる可能性があります。このため、WeakMapは、使用されなくなったデータをメモリに残しておきたくない場合に使用することができます。
一方、WeakSetはSetに似ていますが、その構成要素に対して同じように弱い参照動作を示します。つまり、WeakSetの要素に他の参照がなければ、ガベージコレクションすることができる。
以下は、JavaScriptでWeakMapを使用する例です。
code: JS
let map = new WeakMap();
let obj = {};
map.set(obj, "data");
console.log(map.get(obj)); // "data"
obj = null; // obj is now eligible for garbage collection
console.log(map.get(obj)); // undefined
上記の例では、WeakMapを作成し、オブジェクトをキーとするキーと値のペアを格納しています。そして、そのオブジェクトをキーとして値を取得する。オブジェクトをNULLにすると、キーと値のペアはWeakMapから消去され、ガベージコレクションに適する。
一方、WeakSetの例を以下に示します。
code: JS
let set = new WeakSet();
let obj1 = {};
let obj2 = {};
set.add(obj1);
set.add(obj2);
console.log(set.has(obj1)); // true
obj1 = null; // obj1 is now eligible for garbage collection
console.log(set.has(obj1)); // false
この例では、作成されたWeakSetに2つのオブジェクトが追加されています。そして、has()メソッドを使用して、特定のオブジェクトがセット内に存在するかどうかを判断しています。最初のオブジェクトはWeakSetから取り出され、nullに設定した後、ガベージコレクションの対象となります。
WeakMapもWeakSetも、情報を永久にメモリに保存することなく保存できるため、JavaScriptのメモリ使用量を管理するのに便利です。
9. Proxies
オブジェクトにアクセスするコードと、オブジェクトが表現する基礎となるオブジェクトの間の仲介役を果たすオブジェクトは、プロキシと呼ばれます。プロキシは、メソッド呼び出し、コンストラクター、プロパティアクセスなど、基礎となるオブジェクトに対して行われる操作を変更したり傍受したりする機能を提供します。
次のコードは、プロパティアクセスを傍受するためにプロキシを使用する方法の一例です。
code: JS
let obj = { name: "John", age: 30 };
let proxy = new Proxy(obj, {
get: function(target, prop) {
console.log(Getting ${prop});
},
set: function(target, prop, value) {
console.log(Setting ${prop} to ${value});
}
});
console.log(proxy.name); // Getting name, "John"
proxy.age = 35; // Setting age to 35
この例では、objというオブジェクトをProxyオブジェクトでラップしています。プロパティへのアクセスや割り当てを処理するために、"get "と "set "という2つの「ハンドラ」関数を定義しています。これらの関数を使用して、基礎となるオブジェクトの動作を傍受し、変更することができます。get」関数が呼び出され、メッセージが記録され、プロキシオブジェクトのnameプロパティにアクセスすると、元のオブジェクトの「name」プロパティの値が返されます。
プロキシは、以下のようなさまざまな目的で使用することができます：
カスタムプロパティアクセサーの実装
カスタムメソッド呼び出しの実装
カスタムコンストラクタの実装
仮想」オブジェクトに対するカスタムビヘイビアを実装する
既存のオブジェクトにカスタムビヘイビアを実装する
カスタムエラーハンドリングの実装
カスタムセキュリティ機能の実装
また、プロキシを使用して、プロパティやAPIからのデータを遅延ロードするなど、メモリ上に直接表現できない「仮想」オブジェクトを作成することができます。
10. Reflect API
JavaScript の組み込み演算子や関数の使い方と同様に、JavaScript Reflect API には、オブジェクトに対してさまざまな操作を実行するためのメソッドが多数用意されています。主な違いは、組み込みの演算子や関数は操作の結果を返すことが多いのに対し、Reflect API のメソッドは操作の成功または失敗を示すブール値を返すことが一般的であることです。
以下の例を見てみましょう。
code: JS
let obj = {};
console.log(Reflect.set(obj, "name", "John")); // true
console.log(obj.name); // "John"
この例では、Reflect.set()メソッドを使って、オブジェクトobjのnameプロパティを値「John」に設定しています。操作が成功すると、このメソッドは true を返します。
Reflect API を使用して、オブジェクトが拡張可能かどうかを判断する別の例を示します。
code: JS
let obj = {};
console.log(Reflect.isExtensible(obj)); // true
Object.preventExtensions(obj);
console.log(Reflect.isExtensible(obj)); // false
この例では、Reflect.isExtensible()メソッドを使用して、オブジェクトの拡張性を確認する方法を示します。デフォルトで拡張可能であるため、最初は true を返します。続いて、Object.preventExtensions(obj)を使用して、オブジェクトの拡張を停止しています。次に、Reflect.isExtensible(obj) をもう一度使用し、オブジェクトがもはや拡張可能でないことを示す false を返します。
Reflect APIには、次のようなメソッドが用意されています：
Reflect.get()
Reflect.set()
Reflect.has()
Reflect.deleteProperty()
Reflect.defineProperty()
Reflect.getOwnPropertyDescriptor()
Reflect.getPrototypeOf()
Reflect.setPrototypeOf()
Reflect.preventExtensions()
Reflect.isExtensible()
Reflect.apply()
Reflect.construct()
Reflect APIは、より堅牢で保守性の高いコードを作成したい場合や、より一貫した予測可能な方法でオブジェクトに対する操作を行いたい場合に、一般的に使用されます。
結論として、JavaScriptを使いこなすには、さまざまな概念や技術をしっかりと把握することが必要です。この記事で取り上げたクロージャ、プロトタイプ、高階関数などの概念は、JavaScriptの仕組みを理解し、効率的で効果的なコードを書くために不可欠な多くの概念のうちのほんの一部に過ぎない。さらに、Promises、async/await、WeakMapとWeakSet、Proxies、Reflect APIといった最新の機能の使い方を理解することで、よりモダンでパワフルなJavaScriptコードを書くことができるようになります。時間をかけてこれらの概念とその仕組みを完全に理解することで、より熟練した、自信に満ちたJavaScript開発者になることができるのです。