PowershellでJavaの標準入力を自動化したい

Question

PowershellでJavaの標準入力を自動化したい

現在，javaの採点業務をしており，キーボード入力を自動化するPowerShellのスクリプトを作成したいと考えています．
javaのプログラムでは以下のようにキーボード入力を受け付けています．

import java.io.*;
import java.util.Arrays;

class kadai01{
    public static void main(String[] args) throws IOException{
         int[] inputNum = new int[3];
         System.out.println("数字を3個入力してください。");
         for(int i = 0; i < 3; i++){
             System.out.print((i+1)+"個目\t： ");
             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
             inputNum[i] = Integer.parseInt(br.readLine());
             System.out.println(inputNum[i]);
         }
    }
}

このJavaのプログラムに対してキーボード入力を自動化するために以下のようにPowershellのコマンドを入力したのですが，エラーがでてうまくいきません．
入力が1回の場合だとうまくいくのですが，複数回のキーボード入力に対して自動化する方法がわかりません．

> 13,13,13 | java kadai01

数字を3個入力してください。
1個目   ： 13
2個目   ： Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: null
        at java.lang.Integer.parseInt(Unknown Source)
        at java.lang.Integer.parseInt(Unknown Source)
        at kadai01.main(kadai01.java:11)

試したこと

すべて上記と同じようなエラーがでた．

Get-Content input.txt | java kadai01

@(13,13,13) | java kadai01

echo 13,13,13 | java kadai01

補足情報（Powershellのバージョン）

Version : 5.1.17763.316

Comments

[退会済みユーザー]

標準入力に流し込む方法が間違えてるんじゃないの?

Answer 1

これで良いのか正直微妙ですが……

バッファが全部読み込まれてしまうのなら、タイムアウトされるまで待てばいいじゃない、という事で適当にウェイトを追加してみたら、私の環境では上手いこと動作しました。

# java と クラスを指定
[string]$java  = 'java.exe'
[string]$class = 'kadai01'

# .NET の機能を直接使用する。
[System.Diagnostics.ProcessStartInfo]$procInfo = 
    New-Object -TypeName System.Diagnostics.ProcessStartInfo -Property @{
        FileName = $java
        Arguments = $class
        WorkingDirectory = $PWD
        
        # 標準入出力を PowerShell 側で操作する。
        UseShellExecute = $false
        RedirectStandardInput = $true
        RedirectStandardOutput = $true
        RedirectStandardError = $true
    }
    
[System.Diagnostics.Process]$proc =
    [System.Diagnostics.Process]::Start($procInfo)

try {
    11, 22, 33 |
        % {
            # 標準入力に書き込んで
            $proc.StandardInput.WriteLine($_)
            # 適度にウェイトする
            Start-Sleep -Seconds 1
        }
    

    if (-not $proc.StandardOutput.EndOfStream) {
        $proc.StandardOutput.ReadToEnd()
    }

    if (-not $proc.StandardError.EndOfStream) {
        Write-Error $proc.StandardError.ReadToEnd()
    }
} finally {
    $proc.Dispose()
}

Comments

[AkihiroKanda]

私の環境でもうまくいきました．
ありがとうございます！

Answer 2

入力する度にBufferedReaderインスタンスを生成しているのが問題です。bufferedというのは「ベースストリームからバッファーを介して入出力を行う」ということなのですが、本件の例で言えば「要求以上のデータが自動的にバッファーへ読み込まれる」ことを意味します。

キーボードから入力する場合はENTERを打ち込んだタイミングでSystem.inからのreadメソッドが戻ってきます。つまり最初の1行分のデータのみが読み込まれ2行目以降はまだ読み込まれないわけです。

しかしリダイレクションによりSystem.inがファイルからの入力ストリームに割り当てられていると、BufferedReaderは初回のreadline時点でSystem.inからバッファーのサイズ分だけ全て読み込んでしまいます(※1)。

さて、ご質問のコードでは1行入力したらBufferedReaderインスタンスを作り直しているため、1回目のreadlineでせっかくバッファーに読み込まれた後続行の入力は失われてしまいます。既に後続行は読み込み済みなのでベースストリームのSystem.inはEOF状態となってしまっています。そのため新たにBufferedReaderのインスタンスを生成しても読み込めるものが既になくなっており、結果がnull(EOF=End Of Fileを表す)となるわけです。(※2)

BufferedReaderインスタンスを生成したらアプリケーション終了時までそのインスタンスを使い続けてください。BufferedReaderに限らず一般的に同じベースストリームから何度もストリームインスタンスを生成しなおすのは避けるべきと思います。

---

※1: これは一般的なI/Oテクニック(Buffered I/O)でして、OSに対するI/O要求は極端な話1バイト読もうが4KB読もうが大した違いがなくどうせなら先に一度に読み込んでしまえば早くなるというアイデアです。大雑把に言えば10行に対して数バイトずつちまちまI/O要求を出すのに比べ10行分を一度にI/O要求を出した方が大雑把に10倍速くなるのです。大抵の場合はもっと極端に差が出ます。

※2: 原因推測の過程

例外のメッセージの意味を把握できるようになるともう少し原因に早くせまることができたかも知れません。

Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: null

この例外メッセージから「parseIntに対しておかしな文字列を与えたのが原因で例外が起きた。そのおかしな文字列とはnullであった」ことがわかります。それがわかれば「readline()からnullが返される時はどんな時か？それはEOFに到達したときである」と推測できます。
そこで「Buffered I/Oとはそもそもどういうものであるか」という点が把握できていればなぜEOFに達するかも理解できます。

デバッグの作業は、実行時に得られる情報(エラーメッセージやデバッグプリントなどから得られる)とメソッドの仕様などの知識を突き合わせ何が起きているかを推測する演繹過程の積み上げで進めます。

・メッセージを読み意味を把握する
・メソッドの仕様を調べそれを把握する
・ライブラリーの仕様のベースになっている一般的アイデアを知る
・仕様・起きた現象から考えられる原因を列挙し可能性を検討する

こうしたことは初心者のころはなかなかうまく進められません。やりたくても「必要な前提知識が不足しすぎていて思うように進められない」と思います。「様々な前提知識を広く知る」には時間がかかるので上記はいっぺんにできるようにはならないのですが、それでも少しずつ上記に挙げたようなことを心がけるのがよいと思います。

Comments

[AkihiroKanda]

丁寧に説明いただきありがとうございます．
BufferedReaderの一文をfor文の外に出すことで，解決しました．
ありがとうございます．

もう一つ追加で質問させていただきたいのですが，私は現在Javaの採点業務を委託されており，Javaのプログラムのほうに関しては，変更することができません．
ですので，powershellのスクリプトで，どうにかして標準入力を自動化させたいのですが，何か良い方法はありませんか？

[KSwordOfHaste]

コメント欄で質問の追加はお勧めできません・・・
が、簡単にお答えするなら「できそうな気がするが少々試さないとわからない」です。「ファイルから入力しても行単位でJava側のreadが完了するように」すればよいので、そのような入力パイプをJavaへ繋げればよいのですが・・・powershell書いたことないのでほとんど試せてませんがとりあえず

funcion dump() {
　foreach ($line in input.txt) { echo $line }
}
dump | java kadai01
とやってもダメでした。もうちょっと細かな制御が可能な普通の汎用言語なら可能かも知れません。

[AkihiroKanda]

いろいろ試していただきありがとうございます．
何とかできないか自分でも解決策をもう少しやってみます．

Answer 3

まあ PowerShell で 観点で外れるけど テスト用の実行クラスを作ってしまえばいいかと

package teratail.q186093;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Scanner;

public class Kadai1Macro {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		// args[0] 起動する Java のクラスファイルを想定
		// String className = args[0];
		String className = "teratail.q186093.Kadai1";

		// args[1] 起動する Java のクラスファイルを含むクラスパスを想定
		// String classPath = args[1];
		String classPath = Kadai1Macro.class.getResource("/").getFile();

		// args[2] 標準入力をする回数を指定
		// Integer count = Integer.parseInt(args[2]);
		Integer count = Integer.parseInt("3");

		// args[3] 標準入力をする文字列を複数指定
		Integer[] inputs = new Integer[count];
		for (int i = 0; i < count; i++) {
			// inputs[i] = Integer.parseInt(args[3 + i]);
			inputs[i] = i + 3;
		}

		Runtime r = Runtime.getRuntime();

		Process p = exec(r, "java",
				"-cp", classPath,
				className);

		try (InputStream is = p.getErrorStream();
				Scanner in = new Scanner(is)) {
			if (is.available() > 0) {
				while (in.hasNextLine()) {
					System.out.println(in.nextLine());
				}
			}
		}

		// 改行
		try (InputStream is = p.getInputStream();
				Scanner in = new Scanner(is)) {

			String line = in.nextLine();
			System.out.println(line);

			try (OutputStream os = p.getOutputStream();
					PrintWriter out = new PrintWriter(os);) {

				for (int i = 0; i < count; i++) {

					out.println(inputs[i]);
					out.flush();

					line = in.nextLine();
					System.out.println(line);
				}
			}
		}
	}

	static Process exec(Runtime r, String... args) throws IOException {
		return r.exec(args);
	}

}

対象クラス

package teratail.q186093;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class Kadai1 {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		int[] inputNum = new int[3];
		System.out.println("数字を3個入力してください。");
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			System.out.print((i + 1) + "個目\t： ");
			BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			inputNum[i] = Integer.parseInt(br.readLine());
			System.out.println(inputNum[i]);
		}
	}
}