Javaのソケット通信におけるオブジェクトの受け渡しと値型データの受け渡しの両立

Question

前提・実現したいこと

javaを使ってソケット通信を用いたプログラムを書いています。クライアントとサーバ間の通信において、単なる文字列の受け渡しだけでなく文字列の配列の受け渡しを実現したいです。

発生している問題・エラーメッセージ

以下に示す、クライアントが送信した文字列をそのままサーバが返すプログラムを実行したところ、ObjectInputStreamクラスのインスタンスを作成するところでプログラムがそれ以上実行されなくなりました。（中断されたわけではありません）
上記の現象の後、サーバ側でプログラムを中断したところJabberClient側には以下のメッセージが表示されました。

Exception in thread "main" java.net.SocketException: Connection reset
        at java.base/java.net.SocketInputStream.read(Unknown Source)
        at java.base/java.net.SocketInputStream.read(Unknown Source)
        at java.base/java.io.ObjectInputStream$PeekInputStream.read(Unknown Source)
        at java.base/java.io.ObjectInputStream$PeekInputStream.readFully(Unknown Source)
        at java.base/java.io.ObjectInputStream$BlockDataInputStream.readShort(Unknown Source)
        at java.base/java.io.ObjectInputStream.readStreamHeader(Unknown Source)
        at java.base/java.io.ObjectInputStream.<init>(Unknown Source)
        at JabberClient.main(JabberClient.java:13)

該当のソースコード

import java.io.*;
import java.net.*;

public class JabberClient{

    public static void main(String[] args) throws IOException{
        InetAddress addr = InetAddress.getByName("hostname");
        System.out.println("addr = " + addr);
        Socket socket = new Socket(addr, 8080);
        try{
            System.out.println("socket = " + socket);
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(socket.getInputStream()); //13行目。この一行が実行されないままプログラムの実行状態が続く
            PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);

            for(int i = 0; i < 10; i++){
                out.println("howdy " + i);
                String str = in.readLine();
                System.out.println(str);
            }
            out.println("END");

        }
        finally{
            System.out.println("closing...");
            socket.close();
        }
    }
}

import java.io.*;
import java.net.*;

public class JabberServer{
    public static int PORT;

    public static void main(String[] args) throws IOException{
        PORT = Integer.parseInt(args[0]);
        ServerSocket s = new ServerSocket(PORT);
        System.out.println("Started: " + s);
        try{
            Socket socket = s.accept();
            try{
                System.out.println("Connection accepted:" + socket);
                BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

                PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);

                while(true){
                    String str = in.readLine();
                    if(str.equals("END")) break;
                    System.out.println("Echoing : ");
                    out.println(str);
                }

            }
            finally{
                System.out.println("closing...");
                socket.close();
            }
        }
        finally{
            s.close();
        }
    }
}

試したこと

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());を
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());に書き換えたところ、
意図せぬ文字列がサーバから返ってきました。これをもとにgetInputStreamやgetOutputStreamを複数回呼び出すことで何か不都合が生じているのかとあたりを付けて調べてみましたが、参考になりそうな文献を発見できませんでした。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

上記の置換を行った際の実行結果

addr = DESKTOP-V3E0T82/192.168.56.1
socket = Socket[addr=DESKTOP-V3E0T82/192.168.56.1,port=8080,localport=56731]
ｬ? howdy 0
howdy 1
howdy 2
howdy 3
howdy 4
howdy 5
howdy 6
howdy 7
howdy 8
howdy 9
closing...

13行目全体をコメントアウトした際の実行結果(ObjectInputStream,ObjectOutputStreamクラスのインスタンスを生成しなかった場合)

addr = DESKTOP-V3E0T82/192.168.56.1
socket = Socket[addr=DESKTOP-V3E0T82/192.168.56.1,port=8080,localport=56727]
howdy 0
howdy 1
howdy 2
howdy 3
howdy 4
howdy 5
howdy 6
howdy 7
howdy 8
howdy 9
closing...

Answer 1

ObjectInputStreamクラスのインスタンスを作成するところでプログラムがそれ以上実行されなくなりました。

ObjectInputStream のコンストラクタAPI仕様でブロックすると記載されてます。

https://docs.oracle.com/javase/jp/8/docs/api/java/io/ObjectInputStream.html#ObjectInputStream-java.io.InputStream-

このコンストラクタは、対応するObjectOutputStreamがヘッダーを書き込んでフラッシュするまでブロックします。

https://docs.oracle.com/javase/jp/8/docs/api/java/io/ObjectOutputStream.html#ObjectOutputStream-java.io.OutputStream-

このコンストラクタは、直列化ストリーム・ヘッダーをベースとなるストリームに書き込みます。このストリームは呼出し側でただちにフラッシュしてください。ObjectInputStreamsを受け取ったコンストラクタは、ヘッダーを読み込むときにブロックするためです。

https://docs.oracle.com/javase/jp/8/docs/technotes/guides/serialization/index.html

---

意図せぬ文字列がサーバから返ってきました。

DataOutputStream のコンストラクタで直列化ストリーム・ヘッダーが出力されるためと思われ。

Answer 2

socket.getInputStream()
で返されるソケットの入力ストリームに対して「BufferedReaderとしてもDataInputStreamとしても扱う」という意図で

BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(socket.getInputStream()); //13行目。この一行が実行されないままプログラムの実行状態が続く

とやっておられるのだろうと思いますがそういうことはできません。
「そういうこと」とは「同一のベースストリームを用いて複数の別のストリームインスタンスを生成しようとすること」を指します。

なぜObjectInputStreamの生成でスレッドがブロックしたか詳細な原因はわかりませんけど、いずれにせよこの２つのストリームが「ベースストリームからどのタイミングでどのようなバイト列をリードしようとするか」は実装に左右されるわけで、その実装を意識すべきでないアプリケーションから特定のストリームを異なるストリームのベースストリームとして共用しようとしてもダメとは言えると思います。

例えばServer側のソケットを

クライアントから受信: 文字ストリームで
クライアントへの送信: Objectストリームで

と仮定するならクライアント側では

サーバーから受信: Objectストリームで
サーバーへの送信: 文字ストリームで

のように双方で「特定の入出力ストリームに対して常に一貫した形式で送受信を行う」ようにすればよいと思います。

ちなみにクライアント側でObjectInputStreamを用いているのにサーバー側ではObjectOutputStreamを用いずPrintWriterとして扱ってますね。そもそもこれ自体も矛盾してます。

Comments

[yukiamezaki]

単一のストリームを複数の意図（値型とオブジェクト）で使おうとするとそれを防ぐように制御が働くみたいですね。であればObjectOutputStreamクラスのインスタンスを生成しようとしたときにブロックされない理由が少し不思議ですが、その意図では機能しないこと自体は確かに自然ですね。
上に載せたコードは問題部分を抽出した簡易的なコードですが、手元のコードでは二次元座標をString[]オブジェクトとして渡すことになっているので、単一のコマンドを送信するときは要素数1のString[]オブジェクトとしてデータを送受信するようにしようと思います。
回答いただきありがとうございました。

[KSwordOfHaste]

ObjectInputStreamの実装を少し見ると「最初に4バイトのマジックナンバーとバージョン番号を読もうとする」のがわかります。これがwtokumoさん回答にあるリファレンスがいわんとしていることなのでしょう。いずれにせよダメであることにはかわりないのでサーバー・クライアント双方で一貫した形式での送受信が必要という点はかわりありません。

ちなみにサーバー・クライアント間が「何を送受信するか」について意識を合わせればよいので、常に1要素のString[]を送受信する必要はありません。サーバーへ

単一のコマンド文字列を送信する場合は
writeObject("command");

文字列の配列を送信する場合は
writeObject(new String[] { "a", "b" });

としたってかまわないわけです。サーバー側で
Object req = in.readObject();
if (req instanceof String) {
　// コマンド文字列だった
} else if (req instanceof String[]) {
// 文字列配列のデータだった
}
のように実装すれば受信したデータの型によって処理を分岐できます。Objectストリームは任意のクラスのインスタンスをやり取りできるものですのでこのような実装をするのは普通と言えましょう。