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Java中如何调用Python

Python语言有丰富的系统管理、数据处理、统计类软件包,因此从java应用中调用Python代码的需求很常见、实用。DataX是阿里开源的一个异构数据源离线同步工具,致力于实现包括关系型数据库(MySQL、Oracle等)、HDFS、Hive、ODPS、HBase、FTP等各种异构数据源之间稳定高效的数据同步功能。Datax也是通过Java调用Python脚本。JavacoreJava提供了有两种方法,分别为ProcessBuilderAPI和JSR-223ScriptingEngine。使用Proce

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      Python语言有丰富的系统管理、数据处理、统计类软件包,因此从java应用中调用Python代码的需求很常见、实用。DataX 是阿里开源的一个异构数据源离线同步工具,致力于实现包括关系型数据库(MySQL、Oracle等)、HDFS、Hive、ODPS、HBase、FTP等各种异构数据源之间稳定高效的数据同步功能。Datax也是通过Java调用Python脚本。

      Java core

      Java提供了有两种方法,分别为ProcessBuilder API和 JSR-223 Scripting Engine。

      使用ProcessBuilder

      通过ProcessBuilder创建本地操作系统进程启动python并执行Python脚本, hello.py脚本简单输出“Hello Python!”。需要开发环境已经安装了python,并设置了环境变量。

      @Test
      public void givenPythonScript_whenPythonProcessInvoked_thenSuccess() throws Exception {
          ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("python", resolvePythonScriptPath("hello.py"));
          processBuilder.redirectErrorStream(true);
          Process process = processBuilder.start();
          List results = readProcessOutput(process.getInputStream());
          assertThat("Results should not be empty", results, is(not(empty())));
          assertThat("Results should contain output of script: ", results, hasItem(containsString("Hello Python!")));
          int exitCode = process.waitFor();
          assertEquals("No errors should be detected", 0, exitCode);
      }
      private List readProcessOutput(InputStream inputStream) throws IOException {
          try (BufferedReader output = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream))) {
              return output.lines()
                  .collect(Collectors.toList());
          }
      }
      private String resolvePythonScriptPath(String filename) {
          File file = new File("src/test/resources/" + filename);
          return file.getAbsolutePath();
      }

      首先启动带一个参数的python命令,参数为python脚本的绝对路径。可以放在java工程的resources目录下。需要注意的是:redirectErrorStream(true),为了使得当执行脚本出现错误时,错误输出流被合并至标准输出流。这样设置可以从Process对象的getInputStream()方法中读取错误信息。如果没有该设置,则需要分别用两个方法获取流:getInputStream() 和 getErrorStream() 。processBuilder.start()获取Process对象,然后读取输出流并验证结果。

      使用Java脚本引擎

      java6首次引入JSR-223规范,定义一组提供基本脚本功能的脚本API。这些API提供了执行脚本和在Java和脚本语言之间共享值的机制。该规范主要目的是为了统一Java与不同实现JVM的动态脚本语言的交互,Jython是在jvm上运行python的java实现。假设我们在CLASSPATH上有Jython,框架自动发现我们有可能使用该脚本引擎,并允许我们直接请求Python脚本引擎。因为Maven有Jython,我们可以在maven中引用,当然也下载直接安装:

      
          org.python
          jython
          2.7.2
      

      可以通过下面代码列出所有支持的脚本引擎:

      public static void listEngines() {
          ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
          List engines = manager.getEngineFactories();
          for (ScriptEngineFactory engine : engines) {
              LOGGER.info("Engine name: {}", engine.getEngineName());
              LOGGER.info("Version: {}", engine.getEngineVersion());
              LOGGER.info("Language: {}", engine.getLanguageName());
              LOGGER.info("Short Names:");
              for (String names : engine.getNames()) {
                  LOGGER.info(names);
              }
          }
      }

      如果Jython在环境中可用,应该看到相应的输出:

      ...
      Engine name: jython
      Version: 2.7.2
      Language: python
      Short Names:
      python
      jython

      现在使用Jython调用hello.py脚本:

      @Test
      public void givenPythonScriptEngineIsAvailable_whenScriptInvoked_thenOutputDisplayed() throws Exception {
          StringWriter writer = new StringWriter();
          ScriptContext context = new SimpleScriptContext();
          context.setWriter(writer);
          ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
          ScriptEngine engine = manager.getEngineByName("python");
          engine.eval(new FileReader(resolvePythonScriptPath("hello.py")), context);
          assertEquals("Should contain script output: ", "Hello Python!", writer.toString().trim());
      }

      使用该API比上面的示例更简洁。首先设置ScriptContext包含StringWriter,用于保存执行脚本的输出。然后提供简称让ScriptEngineManager 查找脚本引擎,可以使用python或jython。最后验证输出是否与期望一致。

      其实也可以使用PythonInterpretor 类直接调用嵌入的python代码:

      @Test
      public void givenPythonInterpreter_whenPrintExecuted_thenOutputDisplayed() {
          try (PythonInterpreter pyInterp = new PythonInterpreter()) {
              StringWriter output = new StringWriter();
              pyInterp.setOut(output);
              pyInterp.exec("print('Hello Python!')");
              assertEquals("Should contain script output: ", "Hello Python!", output.toString().trim());
          }
      }

      使用PythonInterpreter类,可以通过exec方法直接执行python代码。和前面示例一样通过StringWriter 捕获执行输出。下面再看一个示例:

      @Test
      public void givenPythonInterpreter_whenNumbersAdded_thenOutputDisplayed() {
          try (PythonInterpreter pyInterp = new PythonInterpreter()) {
              pyInterp.exec("x = 10+10");
              PyObject x = pyInterp.get("x");
              assertEquals("x: ", 20, x.asInt());
          }
      }

      上面示例可以使用get方法访问变量值。下面示例看如何捕获错误:

      try (PythonInterpreter pyInterp = new PythonInterpreter()) {
          pyInterp.exec("import syds");
      }

      运行上面代码会抛出PyException 异常,与在本地执行Python脚本输出错误一样。

      下面有几点注意事项:

      • PythonIntepreter 实现了AutoCloseable,最好与 try-with-resources 一起使用。

      • PythonIntepreter类名不是表示Python代码的解析器,Python程序在Jython是运行在jvm中,执行前需要编译为java字节码。

      • 尽管Jython是Java的Python实现,但它可能不包含与本机Python相同的所有子包。

      下面示例展示如何把java变量赋给Python变量:

      import org.python.util.PythonInterpreter; 
      import org.python.core.*; 
      class test3{
          public static void main(String a[]){
              int number1 = 10;
              int number2 = 32;
              try (PythonInterpreter pyInterp = new PythonInterpreter()) {
                  python.set("number1", new PyInteger(number1));
                  python.set("number2", new PyInteger(number2));
                  python.exec("number3 = number1+number2");
                  PyObject number3 = python.get("number3");
                  System.out.println("val : "+number3.toString());
              }
          }
      }
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