プログラミングとエンジニアリングにおけるフレームワークとは何ですか?
ソフトウェアエンジニアリングとプログラミングにおいて、フレームワークとは、新しいアプリケーションの開発をより効率的にする再利用可能なソフトウェアコンポーネントを集めたものです。既存の研究開発を再利用することは、エンジニアリングのあらゆる分野において重要です。例えば、電気技術者は、既存の電子コンポーネントを使用して新しいデバイスを作成します。コンポーネントのメーカーは、コンポーネントが使いやすくなるよう、所定の規格と仕様に従っています。同様に、ソフトウェアフレームワークには、特定のソフトウェア標準およびプロトコルに基づいた再利用可能なコードモジュールが含まれています。また、標準化された方法で新しいアプリケーションを開発できるように、フレームワークは特定のソフトウェアアーキテクチャルールやビジネスプロセスを定義して強制することもあります。
ソフトウェアフレームワークにはどのような利点がありますか?
ソフトウェアフレームワークは、デベロッパーがソフトウェアを構築する際の従来の作業方法を変えます。ソフトウェアチームや組織がプログラミングフレームワークを使用すると、いくつかの点でメリットがあります。
コード品質を向上させる
ソフトウェアフレームワークには、高度なプログラミング標準に合わせて設計されたソフトウェアコンポーネントが含まれます。デベロッパーは、基盤となるコードに影響するバグが少ないという確信を持ってソフトウェアフレームワークを使用できます。さらに、ソフトウェアフレームワークは、コードの読みやすさを向上させるように構成されています。ソフトウェアチームは、フレームワークが抽象化するソフトウェアワークフローについて共通の理解を共有することで、コラボレーションをよりスムーズにできます。
開発時間を削減する
ソフトウェアフレームワークはプログラミングの効率を高め、組織はそれらを使用して機能的なアプリケーションをより早くリリースできます。優れたソフトウェアフレームワークがにより、デベロッパーは基本的なコーディングモジュールではなく、ビジネスロジックを処理する高レベルのコード記述に集中できます。たとえば、デベロッパーはオープンソースフレームワークを使用してデータベースへのアクセスを提供し、その上で e コマースソフトウェアを開発できます。
さらに、フレームワークにより、デベロッパーはアプリケーションの速度を低下させたり肥大化させたりする可能性のある冗長で重複したコードの記述を避けることができます。
ソフトウェアセキュリティを改善する
コードベースが広くなると、デベロッパーがコードセキュリティの問題を検出して対応することは困難です。対照的に、優れたソフトウェアフレームワークには、デベロッパーがコードとデータのセキュリティを容易に強化できるようにするセキュリティチェックポイントが用意されています。
コードレビューを効率化する
アプリケーションをリリースする前に、デベロッパーはいくつかの開発段階でコードをテストします。すべてのソフトウェア機能、API、データ構造、およびモジュールは、特定のコードレビュー要件を満たす必要があります。フレームワークを使用することで、ソフトウェアチームは包括的なテストケースとコードカバレッジでアプリケーションを検証できます。また、デベロッパーにとって、適切に構造化されたフレームワークでコードの問題をデバッグして修正する方が簡単です。
開発時の柔軟性
ソフトウェアフレームワークを使用することで、デベロッパーはソフトウェアの主要な変更の実装時に、よりすばやく対応できます。プロジェクト固有のコードを保持しながら、目的に合ったさまざまなフレームワークを置き替えることができます。これにより、デベロッパーが行う必要のあるコードの書き換えを減らすことができます。たとえば、既存の機械学習 (ML) フレームワークをより堅牢なフレームワークに置き換えることで、画像認識アプリケーションをアップグレードできます。
フレームワークの仕組み
フレームワークは、デベロッパーがソフトウェア開発から本番働環境へのデプロイまでの時間を短縮するのに役立つ柔軟なソフトウェアコンポーネントを提供します。API、コードライブラリ、デバッガー、コンパイラーなど、プログラミング言語用に構築されたリソースで構成されています。たとえば、Ruby on Rails は Ruby 言語で開発されたウェブアプリケーションフレームワークです。
次に、一般的なフレームワークコンポーネントについて説明します。
- API は、さまざまなソフトウェアが相互に理解できる形式で通信できるようにするプロトコルです。
- コードライブラリは、デベロッパーがコードに組み込むことができる再利用可能なソフトウェア機能のコレクションです。
- コンパイラーは、デベロッパーがソースコードをデプロイ可能なアプリケーションファイルに変換するために使用するソフトウェアツールです。
- デバッガーは、プログラマーがコードの間違いを見つけて修正するのに役立つツールです。
制御の反転
デベロッパーは、ソフトウェアフレームワークのパーツをアプリケーションの構成要素として使用します。フレームワークは開発をスピードアップするのに必要なリソースを提供しますが、アプリケーションの手順の流れも変わります。
制御の反転 (IoC) は、従来の制御フローと比較して制御フローを逆転させる設計原理です。アプリケーションコードがフローを制御したり、再利用可能なライブラリを呼び出したりする代わりに、メインアプリケーションは制御をフレームワークに渡します。次に、フレームワークは、さまざまなソフトウェアメカニズムを通じてアプリケーションコードに追加のサポートと指示を提供します。その結果、ソフトウェアの機能とクラスが疎結合され、ソフトウェアの保守性、柔軟性、スケーラビリティが向上します。
フレームワークとライブラリ
フレームワークとライブラリはどちらも、デベロッパーがアプリケーションをより効率的に構築するのに役立つ他のユーザーが作成した再利用可能なコードです。ただし、ライブラリは、必要に応じてアプリケーションコードが呼び出すユーティリティまたは関数のコレクションです。ライブラリは、すでに記述されたコードで機械学習実装を可能にするなど、タスク固有のものです。ライブラリは、アプリケーションのヘルパーおよびツールとして機能します。
対照的に、フレームワークはアプリケーション開発を指示する構造的な設計図です。デベロッパーが仕様を記入するスケルトンを提供します。つまり、アーキテクチャに従って動作の一部をカスタマイズするというものです。デベロッパーは、フレームワークのルールと構造に基づいてアプリケーションとアーキテクチャを構築する必要があります。制御のフローはフレームワークにも渡され、フレームワークは必要に応じてライブラリを内部で呼び出すことができます。
一般的なフレームワークの種類にはどのようなものがありますか?
デベロッパーは、さまざまなタイプのフレームワークを使用してさまざまなアプリケーションを構築します。
ウェブアプリケーションフレームワーク
ウェブアプリケーションフレームワークは、ウェブアプリケーション、ウェブサイト、シングルページアプリケーション、およびそれぞれのバックエンドサービスを構築するためのプログラミングツールとリソースで構成されています。これらは、デベロッパーがさまざまなウェブコンポーネントとプログラミング言語を統合して、機能的なウェブアプリケーションを構築するのに役立ちます。
これらは、デベロッパーが使用するウェブフレームワークの 2 つのサブカテゴリです。
フロントエンドフレームワーク
フロントエンドフレームワークは、ユーザー向けウェブインターフェースの動作をスタイル化し、特徴付けるためのソフトウェアコンポーネントを提供します。たとえば、ウェブデベロッパーは Angular、Vue.js、React などの JavaScript フレームワークを使用して、JavaScript コードを含むユーザーインターフェイスを作成します。
バックエンドフレームワーク
バックエンドフレームワークは、デベロッパーがサーバーサイドアプリケーションを開発するためのバックエンドコンポーネント (データアクセスやウェブサービスなど) を提供します。Ruby on Rails と Django は、ウェブ開発コミュニティで人気のあるバックエンドフレームワークです。
モバイル開発フレームワーク
モバイル開発フレームワークは、ネイティブおよびクロスプラットフォームのモバイルアプリケーションを構築する際の複雑さを軽減します。ウェブ開発とは異なり、モバイルデバイス用のアプリを構築するには、デバイスのオペレーティングシステムとハードウェアの仕様を慎重に検討する必要があります。
モバイル開発フレームワークは、さまざまなモバイルプラットフォームに必要なライブラリ、コンパイラ、モバイルコンポーネントを提供することで、開発時間を短縮します。ソフトウェアチームは、これらを使用してクロスプラットフォームアプリケーションを構築することもできます。たとえば、デベロッパーは Flutter を使用して、Android、iOS、Windows、macOS で動作する単一のコードベースからモバイルアプリケーションを作成します。
データサイエンスフレームワーク
人工知能と機械学習は、膨大な技術的知識を必要とする複雑なデータサイエンスのテーマです。データサイエンスフレームワークは、デベロッパーが大規模データ処理用の機械学習搭載アプリケーションを構築してデプロイするのに役立ちます。複雑な機械学習コードを書く代わりに、機械学習アプリケーションですでに作成されたライブラリを使用します。たとえば、データサイエンティストは TensorFlow や PyTorch などの一般的なフレームワークを使用して自然言語処理 (NLP) システムを開発します。
高品質なフレームワークの特徴とは?
さまざまなフレームワークから選択して、ソフトウェア開発プロセス全体を自動化および合理化できます。デベロッパーに強固な構造的基盤を提供する優れたソフトウェアフレームワークを決定するには、いくつかの基準が役立ちます。
整合性
フレームワークは、サポートするさまざまなプログラミング言語やソフトウェア機能に適用する場合、一貫性のある予測可能な動作を示す必要があります。たとえば、クロスプラットフォームフレームワークを使用してモバイルアプリケーションを構築する場合、アプリケーションは iOS と Android スマートフォンでそれに応じて動作することが期待されます。
質
優れたフレームワークは、デベロッパーに安全なコードライブラリ、API、およびソフトウェアコンポーネントを提供するために、脆弱性について常にテストされ、改訂され、アップグレードされます。また、拡張性にも優れており、将来のアップグレードにも対応できます。これにより、デベロッパーはフレームワーク全体を置き換えることなく、進化するソフトウェアの変更を最新の状態に保つことができます。
サポート
フレームワークには、フレームワークの実装を明確に説明する十分なドキュメントと例が必要です。そうしないと、デベロッパーはフレームワークを使用してソフトウェアを開発するために、追加の実装トレーニングが必要になる場合があります。デベロッパーは活気のあるコミュニティに参加して、ニーズについて話し合ったり、サポートを求めたり、フレームワークを最適に使用するのに役立つリソースにアクセスしたりできます。
フレームワークの使用にはどのような課題がありますか?
ソフトウェアフレームワークを使用することで、デベロッパーはプロジェクト固有のコードを書くことに集中でき、基盤となるテクノロジーに不要なリソースを費やす必要がなくなります。
フレームワークにはメリットがありますが、状況によっては慎重に検討する必要があります。たとえば、単純なアプリケーションを構築する場合、ソフトウェアフレームワークは必要ない場合があります。フレームワークをセットアップし、それを中心にアプリケーションを構築する方法を学ぶには時間を費やします。さらに、フレームワークをコンパイルすることにより、単純なアプリケーションのコードフットプリントが大幅に増加します。
プログラミングフレームワークを使用するには、各ソフトウェアコンポーネントがどのように機能するかを完全に理解する必要もあります。ドキュメントが充実している場合でも、デベロッパーがフレームワークに慣れるのにさらに時間を必要とする場合があります。フレームワークを使用してアプリケーションを構築する場合、フレームワークが提供するパフォーマンスとセキュリティへの依存度も高まります。フレームワークに潜在的なバグや脆弱性が含まれている場合、そのフレームワーク上に構築されたすべてのアプリケーションが影響を受けます。
AWS はフレームワーク要件をどのようにサポートできますか?
Amazon Web Services (AWS) には、デジタルトランスフォーメーションのニーズをサポートする堅牢なフレームワークがいくつか用意されています。
クラウド導入の戦略を立てる場合でも、最新のウェブアプリケーションを拡張する場合でも、次の AWS 主導のフレームワークを使用するとコスト、時間、リソースを節約できます。
- AWS クラウド導入フレームワーク (AWS CAF) は、さまざまなビジネス機能にわたるベストプラクティスを活用して、クラウドへの対応を加速します
- AWS Cloud Development Kit (AWS CDK) は、デベロッパーが好みのプログラミング言語でクラウドリソースをデプロイするために使用できるフレームワークです。
- TensorFlow on AWS を使用すると、機械学習エンジニアは深層学習モデルを迅速にトレーニングしてクラウドにデプロイできます。
今すぐアカウントを作成して、AWS でフレームワークの使用を開始しましょう。
