[Java/Python] Java 基于命令行调用 Python

千千寰宇2025-06-09 16:01

需求描述

  • 利用 Java 基于命令行调用 Python

实现步骤

安装 Python + PIP 环境

以基于 Ubuntu 24 的 Docker 环境为例

  • Dockerfile
shell 复制代码 
# OS: Ubuntu 24.04
FROM swr.cn-north-4.myhuaweicloud.com/xxx/eclipse-temurin:17-noble
 
COPY ./target/*.jar /app.jar
COPY ./target/classes/xxx/ /xxx/

# install : python + pip (前置操作: 更新 apt 源)
RUN sed -i 's#http[s]*://[^/]*#http://mirrors.aliyun.com#g' /etc/apt/sources.list \
  && apt-get update \
  && apt-get -y install vim \
  && apt-get -y install --no-install-recommends python3 python3-pip python3-venv \
  && python3 -m venv $HOME/.venv \
  && . $HOME/.venv/bin/activate \ # 注：Linux 中 高版本 Python (3.5以上)，必须在虚拟环境下方可正常安装所需依赖包
  && pip install -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/ can cantools
#   && echo "alias python=python3" >> ~/.bashrc \ # Java程序的子进程调用中试验：未此行命令未生效；但开发者独自登录 docker 容器内，有生效
#   && echo '. $HOME/.venv/bin/activate' >> ~/.bashrc \ # Java程序的子进程调用中试验：未此行命令未生效；但开发者独自登录 docker 容器内，有生效
#   && echo 'export PYTHON=$HOME/.venv/bin/python' >> /etc/profile \ # Java程序的子进程调用中试验：未此行命令未生效；但开发者独自登录 docker 容器内，有生效

#  && echo '. /etc/profile' > $HOME/app.sh \ # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉
#  && echo 'java ${JAVA_OPTS:-} -jar app.jar > /dev/null 2>&1 &' >> $HOME/app.sh \  # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉
#  && echo 'java ${JAVA_OPTS:-} -jar app.jar' >> $HOME/app.sh \  # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉
#  && chmod +x $HOME/app.sh \  # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉
#  && chown 777 $HOME/app.sh  # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉

EXPOSE 8080

# ENTRYPOINT exec sh $HOME/app.sh # Java程序的子进程调用中试验：未测通，有衍生问题未解决掉
ENTRYPOINT exec java ${JAVA_OPTS:-} -DPYTHON=$HOME/.venv/bin/python -jar app.jar # 通过 Java 获取 JVM 参数（ System.getProperty("PYTHON") ） 方式获取 【 Python 可执行文件的绝对路径】的值

编写和准备 Python 业务脚本

  • step1 编写 Python 业务脚本 （略）

  • step2 如果 Python 脚本在 JAVA 工程内部（JAR包内），则需在 执行 Python 脚本前，将其提前拷贝为一份新的脚本文件到指定位置。

shell 复制代码 
public XXX {
    private static String scriptFilePath;
    public static String TMP_DIR = "/tmp/xxx-sdk/";
	
	static {
        prepareHandleScript( TMP_DIR );
	}

    /**
     *  准备脚本文件到目标路径
     * @note 无法直接执行 jar 包内的脚本文件，需要拷贝出来。
     * @param targetScriptDirectory 目标脚本的文件夹路径
     *     而非脚本文件路径 eg: "/tmp/xxx-sdk"
     */
    @SneakyThrows
    public static void prepareHandleScript(String targetScriptDirectory){
        File file = new File(targetScriptDirectory);
        //如果目标目录不存在，则创建该目录
        if (!file.exists() && !file.isDirectory()) {
            file.mkdirs();
        }
        File targetScriptFile = new File(targetScriptDirectory + "/xxx-converter.py");// targetScriptFile = "\tmp\xxx-sdk\xxx-converter.py"
        scriptFilePath = targetScriptFile.getAbsolutePath(); // scriptFilePath = "D:\tmp\xxx-sdk\xxx-converter.py"

        URL resource = CanAscLogGenerator.class
            .getClassLoader()
            .getResource( "bin/xxx-converter.py");

        InputStream converterPythonScriptInputStream = null;
        try {
            converterPythonScriptInputStream = resource.openStream();
            FileUtils.copyInputStreamToFile( converterPythonScriptInputStream, targetScriptFile );
        } catch (IOException exception){
            log.error("Fail to prepare the script!targetScriptDirectory:{}, exception:", targetScriptDirectory, exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        } finally {
            if(converterPythonScriptInputStream != null){
                converterPythonScriptInputStream.close();
            }
        }
    }
}

Java 调用 Python 脚本

关键点：程序阻塞问题

  • 推荐文献

程序阻塞问题

  • 通过 Process实例.getInputStream() 和 Process实例.getErrorStream() 获取的输入流 和错误信息流 是缓冲池向当前Java程序提供的，而不是直接获取外部程序的标准输出流和标准错误流。

  • 而缓冲池的容量是一定的。

因此，若外部程序 在运行过程中不断向缓冲池 输出内容，当缓冲池 填满，那么： 外部程序 将暂停运行 直到缓冲池 有空位可接收外部程序的输出内容为止。（

注：采用xcopy命令复制大量文件时将会出现该问题

  • 解决办法： 当前的Java程序不断读取缓冲池的内容，从而为腾出缓冲池的空间。
java 复制代码 
Runtime r = Runtime.getRuntime();
try {
    Process proc = r.exec("cmd /c dir"); // 假设该操作为造成大量内容输出
  	// 采用字符流读取缓冲池内容，腾出空间
  	BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(proc.getInputStream(), "gbk")));
  	String line = null;
  	while ((line = reader.readLine()) != null){
  	   System.out.println(line);
  	}
 	
  	/* 或采用字节流读取缓冲池内容，腾出空间
  	 ByteArrayOutputStream pool = new ByteArrayOutputStream();
  	 byte[] buffer = new byte[1024];
  	 int count = -1;
  	 while ((count = proc.getInputStream().read(buffer)) != -1){
  	   pool.write(buffer, 0, count);
  	   buffer = new byte[1024];
  	 }
  	 System.out.println(pool.toString("gbk"));
  	 */
 	
  	int exitVal = proc.waitFor();
  	System.out.println(exitVal == 0 ? "成功" : "失败");
} catch(Exception e){
  	e.printStackTrace();
}
  • 注意：外部程序在执行结束后需自动关闭 ；否则，不管是字符流还是字节流均由于既读不到数据，又读不到流结束符，从而出现阻塞Java进程运行的情况。

cmd的参数 "/c" 表示当命令执行完成后关闭自身。

关键点： Java Runtime.exec() 方法

基本方法: Runtime.exec()

  • 首先，在Linux系统下，使用Java调用Python脚本，传入参数，需要使用Runtime.exec()方法

即 在java中使用shell命令
这个方法有两种使用形式：

  • 方式1 无参数传入 ，直接执行Linux相关命令： Process process = Runtime.getRuntime().exec(String cmd);

无参数可以直接传入字符串，如果需要传参数，就要用方式2的字符串数组实现。

  • 方式2 有参数传入 ，并执行Linux命令： Process process = Runtime.getRuntime().exec(String[] cmd);

执行结果

  • 使用exec方法执行命令，如果需要执行的结果，用如下方式得到：
java 复制代码 
	String line;
    while ((line = processInputStream.readLine()) != null) { // InputStream processInputStream = process.getInputStream();
    	System.out.println(line);
         if ("".equals(line)) {
               break;
          }
    }
    System.out.println("line ----> " + line);

查看错误信息

java 复制代码 
	BufferedReader errorResultReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));
	String errorLine;
	while ((errorLine = shellErrorResultReader.readLine()) != null) {
    	System.out.println("errorStream:" + errorLine);
    }
    int exitCode = process.waitFor();
    System.out.println("exitCode:" + exitCode);

简单示例

java 复制代码 
	String result = "";
	String[] cmd = new String [] { "pwd" };
	Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
	InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(process.getInputStream());
	LineNumberReader input = new LineNumberReader(inputStreamReader);
	result = input.readLine();
	System.out.println("result:" + result);

关键点： python 绝对路径

  • 查看python使用的路径，然后在Java调用的时候写出绝对路径。

以解决 Linux 环境中的 Python 3.X 的虚拟环境 异常问题(pip install XXX : error: externally-managed-environment)。
Python 虚拟环境管理 - 博客园/千千寰宇
Cannot run program "python": error=2, No such file or director (因虚拟环境问题，找不到python命令和pip安装的包)

Java 调用 Python 的实现 （必读）

java 复制代码 
@Slf4j
public class XxxxGenerator implements IGenerator<XxxxSequenceDto> {
    //python jvm 变量 (`-DPYTHON=$HOME/.venv/bin/python`)
    public static String PYTHON_VM_PARAM = "PYTHON";//System.getProperty(PYTHON_VM_PARAM)
    //python 环境变量名称 //eg: "export PYTHON=$HOME/.venv/bin/python" , pythonEnv="$HOME/.venv/bin/python"
    public static String PYTHON_ENV_PARAM = "PYTHON";//;System.getenv(PYTHON_ENV_PARAM);
    private static String PYTHON_COMMAND ;
    //默认的 python 命令
    private static String PYTHON_COMMAND_DEFAULT = "python";
	
	//...
 
    static {
        PYTHON_COMMAND = loadPythonCommand();
        log.info("PYTHON_COMMAND:{}, PYTHON_VM:{}, PYTHON_ENV:{}", PYTHON_COMMAND, System.getProperty(PYTHON_VM_PARAM), System.getenv(PYTHON_ENV_PARAM) );
		
		//...
    }
 
    /**
     * 加载 python 命令的可执行程序的路径
     * @note
     *   Linux 中，尤其是 高版本 Python(3.x) ，为避免 Java 通过 `Runtime.getRuntime().exec(args)` 方式 调用 Python 命令时，报找不到 可执行程序(`Python` 命令)\
     *   ------------建议： java 程序中使用的 `python` 命令的可执行程序路径，使用【绝对路径】
     * @return
     */
    private static String loadPythonCommand(){
        String pythonVm = System.getProperty(PYTHON_VM_PARAM);
        String pythonEnv = System.getenv(PYTHON_ENV_PARAM);
        String pythonCommand = pythonVm != null?pythonVm : pythonEnv;
        pythonCommand = pythonCommand != null?pythonCommand : PYTHON_COMMAND_DEFAULT;
        return pythonCommand;
    }
 
 
    /**
     * 业务方法： CAN ASC LOG 转 BLF
     * @param ascLogFilePath
     * @param blfFilePath
     */
    protected void convertToBlf(File ascLogFilePath, File blfFilePath){
        //CanAsclogBlfConverterScriptPath = "/D:/Workspace/CodeRepositories/xxx-platform/xxx-sdk/xxx-sdk-java/target/classes/bin/can-asclog-blf-converter.py"
        //String CanAsclogBlfConverterScriptPath = CanAscLogGenerator.class.getClassLoader().getResource("bin/can-asclog-blf-converter.py").getPath();
 
        String canAscLogBlfConverterScriptPath = XxxxGenerator.scriptFilePath;//python 业务脚本的文件路径， eg: "D:\tmp\xxx-sdk\can-asclog-blf-converter.py"
 
        //String [] args = new String [] {"python", "..\\bin\\can-asclog-blf-converter.py", "-i", ascLogFilePath, "-o", blfFilePath};// ascLogFilePath="/tmp/xxx-sdk/can-1.asc" , blfFilePath="/tmp/xxx-sdk/can-1.blf"
        String [] args = new String [] { PYTHON_COMMAND, canAscLogBlfConverterScriptPath, "-i", ascLogFilePath.getPath(), "-o", blfFilePath.getPath()};
        log.info("args: {} {} {} {} {} {}", args);
        Process process = null;
        Long startTime = System.currentTimeMillis();
        try {
            process = Runtime.getRuntime().exec(args);
            Long endTime = System.currentTimeMillis();
            log.info("Success to convert can asc log file to blf file!ascLogFile:{}, blfFile:{}, timeConsuming:{}ms, pid:{}", ascLogFilePath, blfFilePath, endTime - startTime, process.pid());
        } catch (IOException exception) {
            log.error("Fail to convert can asc log file to blf file!ascLogFile:{}, blfFile:{}, exception:", ascLogFilePath, blfFilePath,  exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        }
 
        //读取 python 脚本的标准输出
        // ---- input stream ----
        List<String> processOutputs = new ArrayList<>();
        try(
            InputStream processInputStream = process.getInputStream();
            BufferedReader processReader = new BufferedReader( new InputStreamReader( processInputStream ));
        ) {
            Long readProcessStartTime = System.currentTimeMillis();
            String processLine = null;
            while( (processLine = processReader.readLine()) != null ) {
                processOutputs.add( processLine );
            }
            process.waitFor();
            Long readProcessEndTime = System.currentTimeMillis();
            log.info("Success to read the can asc log to blf file's process standard output!timeConsuming:{}ms", readProcessEndTime - readProcessStartTime );
            log.info("processOutputs(System.out):{}", JSON.toJSONString( processOutputs ));
        } catch (IOException exception) {
            log.error("Fail to get input stream!IOException:", exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        } catch (InterruptedException exception) {
            log.error("Fail to wait for the process!InterruptedException:{}", exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        }
 
        // ---- error stream ----
        List<String> processErrors = new ArrayList<>();
        try(
            InputStream processInputStream = process.getErrorStream();
            BufferedReader processReader = new BufferedReader( new InputStreamReader( processInputStream ));
        ) {
            Long readProcessStartTime = System.currentTimeMillis();
            String processLine = null;
            while( (processLine = processReader.readLine()) != null ) {
                processErrors.add( processLine );
            }
            process.waitFor();
            Long readProcessEndTime = System.currentTimeMillis();
            log.error("Success to read the can asc log to blf file's process standard output!timeConsuming:{}ms", readProcessEndTime - readProcessStartTime );
            log.error("processOutputs(System.err):{}", JSON.toJSONString( processOutputs ));
        } catch (IOException exception) {
            log.error("Fail to get input stream!IOException:", exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        } catch (InterruptedException exception) {
            log.error("Fail to wait for the process!InterruptedException:{}", exception);
            throw new RuntimeException(exception);
        }
        if( processErrors.size() > 0 ) {
            throw new RuntimeException( "convert to blf failed!\nerrors:" + JSON.toJSONString(processErrors) );
        }
    }
}

Y 推荐文献

程序阻塞问题

X 参考文献

在Java调用的时候写出绝对路径: String[] cmd = {"/root/miniconda3/bin/python", "/home/test.py"};

Cannot run program "python": error=2, No such file or director (因虚拟环境问题，找不到python命令和pip安装的包)

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