java调用python文件的几种方式

java调用python的契机来自于一个项目需要用到算法，但是算法工程师们写的python，于是就有了java后端调用python脚本的需求，中间遇到了许多问题，特此记录整理了一次。

1、java调用python的方式有哪几种

1.1 方法一：jpython

专门为java调用python2开发出来的类库，但由于不支持python3版本，python2和3之间的语法又不兼容导致jpython库并非特别通用。github有人问到过什么时候出python3版本的库，官方答复说是可行的但很困难（截止2022年8月份 jpython官方目前没有开发出支持python3的类库）

jpython的语法特别简单，使用PythonIntercepter即可简单的操作python文件。

1.1.1 导入jar包

 org.pythonjython-standalone2.7.0

1.1.2 调用python脚本中的method1()方法

 PythonInterpreter interpreter = new PythonInterpreter();
interpreter.execfile("C:\\Users\\Dick\\Desktop\\demo.py");
// 调用demo.py中的method1方法
PyFunction func = interpreter.get("method1",PyFunction.class);
Integer a = 10;
Integer b = 10;
PyObject pyobj = func.__call__(new PyInteger(a), new PyInteger(b));
System.out.println("获得方法的返回值 = " + pyobj.toString());

注：如无返回值 仅执行interpreter.execfile()方法即可

1.2 方法二：ProcessBuilder

ProcessBuilder是jdk提供的脚本执行工具类，无论是python文件还是shell脚本还是其他的指令，都可以通过此类来执行，我们来看看它是如何调用python脚本的

1.2.1 首先我们把python文件放入resource下

1.2.2 接下来就是执行脚本了

 /*** 执行python脚本* @param fileName 脚本文件名称* @param params 脚本参数* @throws IOException*/
public static void execPythonFile(String fileName, String params) throws IOException {// 获取python文件所在目录地址String windowsPath = ClassUtils.getDefaultClassLoader().getResource("").getPath().substring(1) + "py/"; // windows执行脚本需要使用 cmd.exe /c 才能正确执行脚本Process process = new ProcessBuilder("cmd.exe", "/c", "python", windowsPath + fileName, params).start();logger.info("读取python文件 开始 fileName={}", fileName);BufferedReader errorReader = null;// 脚本执行异常时的输出信息errorReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));List errorString = read(fileName, errorReader);logger.info("读取python文件 异常 fileName={}&errorString={}", fileName, errorString);// 脚本执行正常时的输出信息BufferedReader inputReader = null;inputReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));List returnString = read(fileName, inputReader);logger.info("读取python文件 fileName={}&returnString={}", fileName, returnString);try {logger.info("读取python文件 wait fileName={}", fileName);process.waitFor();} catch (InterruptedException e) {logger.error("读取python文件 fileName="+fileName+" 等待结果返回异常", e);}logger.info("读取python文件 fileName={} == 结束 ==", fileName);
}
private static List read(String fileName, BufferedReader reader) {List resultList =  Lists.newArrayList();String res = "";while (true) {try {if (!((res = reader.readLine()) != null)) break;} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 读取结果异常", e);}resultList.add(res);}return resultList;
}

上述代码仅考虑了windows，而在Linux中情况会比较复杂一点。

1.2.3 Linux中执行python存在的问题

我们知道常规的项目部署是将项目打成jar包，然后直接放入Linux 或者通过docker等容器进行部署，这个时候resources下的py文件就在jar包里了,但我们执行python脚本时使用的是：

python3 脚本文件所在地、

此时python脚本在jar包里面，不能通过 jar路径/BOOT-INF/classes/py/xxx.py进行访问【我测试过一段时间 发现python3 (python指令也不行) 指令无法调用在jar里面的脚本】，所以我能想到的方案是将python脚本文件直接放入服务器的某个文件夹中，方便后续访问。如果是docker部署，只需要在dockerfile中加入一个COPY指令 将py文件放到指定目录下：

1.2.4 Linux中执行python文件

下面代码将兼容windows和linux调用py文件【Linux执行py文件是使用python还是python3根据实际py环境变量配置来选择就好】

 /**
* 执行python文件
* @param fileName python文件地址
* @param params 参数 其实可以改成传入多个参数 一个个放入ProcessBuilder中的
* @throws IOException
*/
public static void execPythonFile(String fileName, String params) throws IOException {// ① 当前系统类型String os = System.getProperty("os.name");// ② 获取python文件所在目录地址String windowsPath = ClassUtils.getDefaultClassLoader().getResource("").getPath().substring(1) + "py/";  String linuxPath = "/ai/egcc/";logger.info("读取python文件 init fileName={}&path={}", fileName);Process process;if (os.startsWith("Windows")){// windows执行脚本需要使用 cmd.exe /c 才能正确执行脚本process = new ProcessBuilder("cmd.exe", "/c", "python", windowsPath + fileName, params).start();}else {// linux执行脚本一般是使用python3 + 文件所在路径process = new ProcessBuilder("python3", linuxPath + fileName, params).start();}logger.info("读取python文件 开始 fileName={}", fileName);BufferedReader errorReader = null;// 脚本执行异常时的输出信息errorReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));List errorString = read(fileName, errorReader);logger.info("读取python文件 异常 fileName={}&errorString={}", fileName, errorString);// 脚本执行正常时的输出信息BufferedReader inputReader = null;inputReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));List returnString = read(fileName, inputReader);logger.info("读取python文件 fileName={}&returnString={}", fileName, returnString);try {logger.info("读取python文件 wait fileName={}", fileName);process.waitFor();} catch (InterruptedException e) {logger.error("读取python文件 fileName="+fileName+" 等待结果返回异常", e);}logger.info("读取python文件 fileName={} == 结束 ==", fileName);
}
private static List read(String fileName, BufferedReader reader) {List resultList =  Lists.newArrayList();String res = "";while (true) {try {if (!((res = reader.readLine()) != null)) break;} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 读取结果异常", e);}resultList.add(res);}return resultList;
}

以为这就完了吗，其实还没有呢，process.waitFor()方法其实存在一些问题，如果上线后可能会造成事故，具体参考：java调用exe程序 使用process.waitFor()死锁

那我们就尝试用线程池来解决死锁的问题吧

1.2.5 解决java调用脚本文件存在的隐式问题解决

以下为终极版代码：

 private static ExecutorService taskPool = new ThreadPoolExecutor(8, 32,200L,TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(600),new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-自定义线程名-runner-%d").build());
/**
* 执行python文件
* @param fileName python文件地址
* @param params 参数 多个直接逗号隔开
* @throws IOException
*/
public static void execPythonFile(String fileName, String params) throws IOException {// ① 当前系统类型String os = System.getProperty("os.name");// ② 获取python文件所在目录地址String windowsPath = ClassUtils.getDefaultClassLoader().getResource("").getPath().substring(1) + "py/";  String linuxPath = "/ai/egcc/";logger.info("读取python文件 init fileName={}&path={}", fileName);Process process;if (os.startsWith("Windows")){// windows执行脚本需要使用 cmd.exe /c 才能正确执行脚本process = new ProcessBuilder("cmd.exe", "/c", "python", windowsPath + fileName, params).start();}else {// linux执行脚本一般是使用python3 + 文件所在路径process = new ProcessBuilder("python3", linuxPath + fileName, params).start();}taskPool.submit(() -> {logger.info("读取python文件 开始 fileName={}", fileName);BufferedReader errorReader = null;// 脚本执行异常时的输出信息errorReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));List errorString = read(fileName, errorReader);logger.info("读取python文件 异常 fileName={}&errorString={}", fileName, errorString);});taskPool.submit(() -> {// 脚本执行正常时的输出信息BufferedReader inputReader = null;inputReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));List returnString = read(fileName, inputReader);logger.info("读取python文件 fileName={}&returnString={}", fileName, returnString);});try {logger.info("读取python文件 wait fileName={}", fileName);process.waitFor();} catch (InterruptedException e) {logger.error("读取python文件 fileName="+fileName+" 等待结果返回异常", e);}logger.info("读取python文件 fileName={} == 结束 ==", fileName);
}
private static List read(String fileName, BufferedReader reader) {List resultList =  Lists.newArrayList();String res = "";while (true) {try {if (!((res = reader.readLine()) != null)) break;} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 读取结果异常", e);}resultList.add(res);}return resultList;
}

好了 上述代码已经可以正确的调用python脚本了，但博主目前仍然有些问题还没解决：比如如何调用java的jar包内部的py文件？在windows上的jar包内的py文件是可以调用成功的【我在windows本地启动jar包做过测试】，但是docker容器里面的jar却无法调用成功的原因是什么？

如果有朋友遇到问题欢迎在评论区留言和讨论

1.2.6 终极版python执行工具类【建议使用】

 import com.google.common.collect.Lists;
import com.google.common.util.concurrent.ThreadFactoryBuilder;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.ClassUtils;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** java调用python的执行器*/
@Component
public class PythonExecutor {private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(PythonExecutor.class);private static final String OS = System.getProperty("os.name");private static final String WINDOWS_PATH = ClassUtils.getDefaultClassLoader().getResource("").getPath().substring(1) + "py/automl/";  // windows为获取项目根路径即可private static final String LINUX_PATH = "/ai/xx";// linux为python文件所在目录private static ExecutorService taskPool = new ThreadPoolExecutor(8, 16, 200L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(600), new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-自定义线程名-runner-%d").build());/*** 执行python文件【异步 无需等待py文件执行完毕】** @param fileName python文件地址* @param params   参数* @throws IOException*/public static void execPythonFile(String fileName, String params) {taskPool.submit(() -> {try {exec(fileName, params);} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 异常", e);}});}/*** 执行python文件 【同步 会等待py执行完毕】** @param fileName python文件地址* @param params   参数* @throws IOException*/public static void execPythonFileSync(String fileName, String params) {try {execSync(fileName, params);} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 异常", e);}}private static void exec(String fileName, String params) throws IOException {logger.info("读取python文件 init fileName={}&path={}", fileName, WINDOWS_PATH);Process process;if (OS.startsWith("Windows")) {// windows执行脚本需要使用 cmd.exe /c 才能正确执行脚本process = new ProcessBuilder("cmd.exe", "/c", "python", WINDOWS_PATH + fileName, params).start();} else {// linux执行脚本一般是使用python3 + 文件所在路径process = new ProcessBuilder("python3", LINUX_PATH + fileName, params).start();}new Thread(() -> {logger.info("读取python文件 开始 fileName={}", fileName);BufferedReader errorReader = null;// 脚本执行异常时的输出信息errorReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));List errorString = read(fileName, errorReader);logger.info("读取python文件 异常 fileName={}&errorString={}", fileName, errorString);}).start();new Thread(() -> {// 脚本执行正常时的输出信息BufferedReader inputReader = null;inputReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));List returnString = read(fileName, inputReader);logger.info("读取python文件 fileName={}&returnString={}", fileName, returnString);}).start();try {logger.info("读取python文件 wait fileName={}", fileName);process.waitFor();} catch (InterruptedException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 等待结果返回异常", e);}logger.info("读取python文件 fileName={} == 结束 ==", fileName);}private static void execSync(String fileName, String params) throws IOException {logger.info("同步读取python文件 init fileName={}&path={}", fileName, WINDOWS_PATH);Process process;if (OS.startsWith("Windows")) {// windows执行脚本需要使用 cmd.exe /c 才能正确执行脚本process = new ProcessBuilder("cmd.exe", "/c", "python", WINDOWS_PATH + fileName, params).start();} else {// linux执行脚本一般是使用python3 + 文件所在路径process = new ProcessBuilder("python3", LINUX_PATH + fileName, params).start();}taskPool.submit(() -> {logger.info("读取python文件 开始 fileName={}", fileName);BufferedReader errorReader = null;// 脚本执行异常时的输出信息errorReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));List errorString = read(fileName, errorReader);logger.info("读取python文件 异常 fileName={}&errorString={}", fileName, errorString);});taskPool.submit(() -> {// 脚本执行正常时的输出信息BufferedReader inputReader = null;inputReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));List returnString = read(fileName, inputReader);logger.info("读取python文件 fileName={}&returnString={}", fileName, returnString);});try {logger.info("同步读取python文件 wait fileName={}", fileName);process.waitFor();} catch (InterruptedException e) {logger.error("同步读取python文件 fileName=" + fileName + " 等待结果返回异常", e);}logger.info("同步读取python文件 fileName={} == 结束 ==", fileName);}private static List read(String fileName, BufferedReader reader) {List resultList = Lists.newArrayList();String res = "";while (true) {try {if (!((res = reader.readLine()) != null)) break;} catch (IOException e) {logger.error("读取python文件 fileName=" + fileName + " 读取结果异常", e);}resultList.add(res);}return resultList;}}

Runtime.getRuntime().exec()

其实上面的脚本底层用的也是ProcessBuilder对象，所以是一样的。

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