SocketインスタンスはどのようにしてFileStreamインスタンスを判定しているか

Question

お世話になります。
Javaでネットワークプログラミングを勉強したく、書籍やインターネットの情報を参考に簡単なWebサーバを作成しようとしています。
通信自体はなんとかうまく、送受信することができました。
ですが、ふと疑問に思ったのが、ファイルの入出力処理に関してSocketの挙動で不明な点があるのです。

自分が参考にしている本やページではSocket宣言->FileStream宣言という順番でインスタンスを準備していますが、特にこれらを紐付けている処理があるようには見えませんでした。なのにgetInputStream/getOutputStreamのようにインスタンスの情報を使用しているように見えます。
また、Socketを最初に作成したのに後から作成したFileStreamの情報をSocketインスタンスがどのようにして持っているのかがわからず、質問させていただきました。

以下にソースとテンプレートにあわせた質問事項を記載いたします。
ヒントだけでもいただければとっても助かります。よろしくお願いいたします。

前提・実現したいこと

・SocketクラスがどのようにしてFileInputStream/FileOutPutStreamのインスタンスの設定を取得しているのかを理解したい

疑問点

・SocketクラスがgetInputStream/getOutPutStreamメソッドを実行した際に、どのようにして対象のストリームを決定しているかがわからない

該当のソースコード

package httpServer.server;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class TcpServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // ここでSocketインスタンス宣言->FileStreamインスタンス宣言
        try(ServerSocket server = new ServerSocket(8111);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("server_recv.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream("server_send.txt")){

            System.out.println("クライアントからの接続を待ちます。。。");
            Socket socket = server.accept();
            System.out.println("クライアント接続！");

            int ch;
            InputStream input = socket.getInputStream();
            while((ch = input.read()) != 0){
                fos.write(ch);
            }
            OutputStream output = socket.getOutputStream();
            while((ch = fis.read()) != -1){
                output.write(ch);
            }

            socket.close();
            System.out.print("接続を終了しました。");

        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

package httpServer.client;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class TcpClient {
    public static void main(String args[]) throws Exception {

　　　　// こちらも同様の宣言をしている。
        try(Socket socket = new Socket("localhost",8111);
                FileInputStream fis = new FileInputStream("client_send.txt");
                FileOutputStream fos = new FileOutputStream("client_recv.txt")){

　　　　　  // 処理の中で、サーバ・クライアント共にsocket.getOutputStream()/socket.getInputStream()を
            // 呼んでいる。
            // しかしSocketとFileInputStream/FileOutputStreamはどのタイミングで情報を結びつけたのかが不明
            int ch;
            OutputStream output = socket.getOutputStream();
            while((ch = fis.read()) != -1){
                output.write(ch);
            }

            output.write(0);

            InputStream input = socket.getInputStream();
            while((ch = input.read()) != -1){
                fos.write(ch);
            }


        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

試したこと

・ためしにFileInputStreamのインスタンスを二つ以上宣言してみましたが、なぜか最初のStreamが使用されました。

・デバッガにて、getOutPutStreamの処理を追いかけ、
Socket->SocketImpl->PlainSocketImpl->AbstractPlainSocketImpl->return SocketOutputStream'
といったクラスの処理の移り変わりは見ることが出来ましたが、ソースにあるような具体的なファイルパス等を確認することが出来ず、追い方がそもそもあっているのかも不明です。

Comments

[退会済みユーザー]

変数を理解してないのでしょうか?

Answer 1

多分、質問者さんに必要なのはサーバーとクライアントのコードを眺めたりデバッガーでその実装がどうなっているかを覗いたりすることではなく、通信を実現する各々のオブジェクトの役割を把握することだろうと思います。

事前に「通信とは何か」「ソケットとは何か」を把握した状態でソースコードを見れば「これらのオブジェクトは何を表すか」が推し量れるのですが事前知識なしでソースコードだけ見てもそれがわからないと思います。

「socket通信 java 仕組み」といったキーワードで図解入りで解説したような記事を探してみることをお奨めします。

例えば
http://web.sfc.keio.ac.jp/~tsaito/JavaLectures/Lecture8/Lec8-1.html
のように「いきなりソースコードを説明するのではなく通信の概念を解説するような記事」を見つけてみてください。

ちなみにSocketとFileInputStream, FileOutputStreamそれぞれに特別な関係はありません。通信を行うプログラムで肝になるのはSocketです。FileInputStraem/FileOutputStreamは通信とは直接関係ありません。このアプリケーションがたまたま通信データを扱うのにファイルを使っているだけにすぎないのです。

Comments

[paperpen]

ご回答いただきありがとうございます！
参考として載せていただいたページ、拝見させていただきました。

自分の理解としては、TcpServerが
`InputStream input = socket.getInputStream();`
とした際、TcpClient側のFileInputStreamと繋がるようなイメージでしたが、
この認識であっていますでしょうか？

[KSwordOfHaste]

いえいえリンク先のページをよくご覧ください。
client側のsocketのgetOutputStream()<->server側のsocketのgetInputStream()
になります。client側でwriteするとそれがサーバー側でreadできるのですから。
---追記---
あああ！リンク先のページの記述が間違ってますね・・・失礼しました。

[paperpen]

あ、つまりこういう認識であってますでしょうか？
・サーバソケット待ち
・クライアントソケット接続要求
・サーバとクライアントが接続
・クライアントがOutputStream作成（try-with-resources部で確保しているストリームとは別物）
・サーバもInputStream作成（こちらも同様別物）
・ここでクライアントがtry-with-resorceで作成していたFileInputStreamを先ほど作成したストリームを通してファイル送信
・サーバもtry-with-resourceで作成していたFileOutputStreamでファイル受信
・逆の役割でも一度通信

[KSwordOfHaste]

そういう感じです。ちなみにOutputStream, InputStreamの「作成」というよりは「取得」と考えた方がいいです。言葉の違いは時として理解するのに重要な役割を果たすことがあります。
「作成」ならcreateOutputStreamといったメソッド名になっているはずです。そうではなくてgetOutputStreamという名前になってますね？これは「socketが接続されると自動的にOutputStreamが必要に応じて用意され、getOutputStreamはその用意されたものを取ってくるだけのメソッド」みたいな感覚でとらえると良いと思います。

[paperpen]

＞socketが接続されると自動的にOutputStreamが必要に応じて用意され、getOutputStreamはその用意されたものを取ってくるだけのメソッド」みたいな感覚

まさに自分が今回お聞きしたかったのはこの点だと思います。この説明で疑問が氷解した感があります。
getInputStreamとなっているからには、どこかからインスタンスを持ってきているのだろうと考え、それを通信相手側のFileInputStreamだと早合点してしまった点が間違いでありました。
KSwordOfHaste様、お時間割いていただきありがとうございました。