Javaでプロセス間通信！入出力ストリームや名前付きパイプを使った方法を解説

プロセス間通信とは、Java や Java 以外で作成されたプログラム間で、メッセージのやりとりを行う通信手段のことです。

この記事では、Java でプロセス間通信を行う方法を解説します。

ポテパンダの一言メモ

そもそもプロセスとは、プログラムの実行単位を指し、例えばメモ帳や、ブラウザなどのアプリケーションを起動すると、メモリ領域などの割り当てを受けたプロセスが作成され、起動したアプリケーションはそのプロセス上で実行されます。

Javaでプロセス間通信を行う方法

Java でプロセス間通信を行う方法には、いくつかの方法があります。

１つ目のソケット通信は、IPアドレスとポート番号の組み合わせで、相手と通信をする方法です。ソケット通信は、TCP（Transmission Control Protocol）または、UDP（User Diagram Protocol）のいずれかを利用して通信をするため、プロセス間通信の目的以外にも、ネットワークを通じて外部の端末と通信することも可能です。

Java でソケット通信を実装する方法については、以下の記事で詳しく解説していますので、こちらをご覧ください。

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▶Javaソケット通信入門。TCPでデータの送受信をする

2つ目の入出力ストリームを使用する方法は、親プログラムが、子プロセスの入出力ストリームへのハンドルを取得し、子プロセスのストリームに対して書き込みや読み取りを行います。分かりやすく言えば、子プロセスで System.out.println(“メッセージ”); のようしてコンソールに出力したメッセージを、親プロセスが読み取って処理を行うイメージです。

3つ目の名前付きパイプとは、識別名を付けたパイプを作成する機能で、FIFO（先入れ先出し）方式で他のプログラムへデータを渡すことができる特殊なファイルです。１つの名前付きパイプに対して複数のプログラムがアクセスでき、双方向にデータのやりとりができる仕組みとなっています。

入出力ストリームを使用したプロセス間通信

入出力ストリームを使ってプロセス間通信をする方法を見てみましょう。

次のサンプルコードは、子プロセスとして動作するプログラムが標準出力ストリームに書き込んだ内容を、親プロセスとして動作するプログラムが読み取り、結果をコンソールに出力するプログラムです。

まずは、子プロセスのコードを作成します。

以下のコードは、1秒おきに計10秒、標準出力ストリームにデータを書き込むプログラムです。

public class Child {
  public static void main(String[] args) {
    for(int i = 1; i <= 10; i++) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(i + "秒経過しました。");
      } catch (InterruptedException e) {}
    }
  }
}

次に、親プロセスのコードを作成します。

プロセス間通信を試すため、上で作成した子プロセスのコードを、親プロセスから Java コマンド使って、別プロセスとして起動します。

また、子プロセスの標準出力ストリームのハンドルを getInputStream() で受け取り、子プロセスがストリームに書き込みした内容を、親プロセスのコンソールに出力します。

public class Parent {
  public static void main(String[] args) {

    Process childProcess = null;
    try {
      // 子プロセスを起動
      childProcess = Runtime.getRuntime().exec("java Child.java");

      // 子プロセスの標準出力ストリームのハンドルを取得
      var inStream = new BufferedReader(
          new InputStreamReader(childProcess.getInputStream()));

      // 子プロセスが標準出力へ書き込みを行ったら、コンソールに内容を出力
      while (true) {
        String line = inStream.readLine();
        if (line == null) {
          break;
        }
        System.out.println(line);
      }
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      return;
    }
  }
}

コードの実行結果は、次のとおりです。

子プロセス側で出力された内容が、親プロセスで読み取られていることが分かります。

$ java Parent.java

1秒経過しました。
2秒経過しました。
3秒経過しました。
4秒経過しました。
5秒経過しました。
6秒経過しました。
7秒経過しました。
8秒経過しました。
9秒経過しました。
10秒経過しました。

名前付きパイプを使用したプロセス間通信

名前付きパイプは、簡単に言えば、FIFO（先入れ先出し）でファイルの読み書きが出来るファイルです。１つの名前付きパイプに対し、複数のプログラムがアクセスし、片方でファイルに書き込みを行うと、もう一方で読み込むことができます。

では、名前付きパイプを作成して、Java プログラムから読み込むサンプルコードを作っていきましょう。

名前付きパイプの準備

名前付きパイプは、Linux や macOS の場合 mkfifo コマンドで作成します。Windows の場合は、専用の API を用いて作成します。

$ mkfifo named_pipe

名前付きパイプが作成されたか、確認してみましょう。

$ ls -lt
prw-r--r--  1 sato  staff  0  1 13 08:42 named_pipe

Java 側のプログラムで読み込むメッセージを、名前付きパイプに書き込みます。以下のコマンドを入力すると、別のプロセ

スが書き込んだ内容を読み込むまでコンソールがブロックされます。

$ echo "Test Message" > named_pipe

読み込み側の Javaコード作成

名前付きパイプからデータを読み込む Java 側のコードを書いていきます。

基本的には、通常のファイル読み込みと同様のコードで、名前付きパイプから FIFO （先出し先入）方式でデータを読み込むことができます。

// 名前付きパイプを読み取りで開く
File file = new File("/path/to/named_pipe");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(file)));

// 書き込まれたメッセージを読み込む
String line = null;
while((line = br.readLine()) != null){
  System.out.println(line);
}

実行結果

Test Message

最後に

Java でプロセス間通信をする方法について、入出力ストリームを使用する方法と、名前付きパイプを使用する２つの方法を解説してきました。

複数のシステムや、IoT デバイスなどの機器と連携を行う時に、プロセス間通信はよく用いられるため、是非覚えておきましょう。

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