Java中如何呼叫Python

Python語言有豐富的系統管理、資料處理、統計類別軟體包，因此從java應用程式呼叫Python程式碼的需求很常見、實用。 DataX 是阿里開源的異質資料來源離線同步工具，致力於實現包含關聯式資料庫(MySQL、Oracle等)、HDFS、Hive、ODPS、HBase、FTP等各種異質資料來源之間穩定且有效率的數據同步功能。 Datax也是透過Java呼叫Python腳本。

Java core

Java提供了有兩種方法，分別為ProcessBuilder API和 JSR-223 Scripting Engine。

使用ProcessBuilder

透過ProcessBuilder建立本機作業系統進程啟動python並執行Python腳本, hello.py腳本簡單輸出「Hello Python!」。需要開發環境已經安裝了python，並設定了環境變數。

@Test
public void givenPythonScript_whenPythonProcessInvoked_thenSuccess() throws Exception {
    ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("python", resolvePythonScriptPath("hello.py"));
    processBuilder.redirectErrorStream(true);
    Process process = processBuilder.start();
    List<String> 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<String> 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();
}

要重寫這句話可這樣說： 使用帶有一個參數的Python指令來啟動，該參數是Python腳本的完整路徑。可以放在java工程的resources目錄下。要注意的是：redirectErrorStream(true)，為了使得當執行腳本出現錯誤時，錯誤輸出流會合併到標準輸出流。可以透過呼叫Process物件的getInputStream()方法來讀取錯誤訊息。如果沒有該設置，則需要分別用兩個方法取得流：getInputStream() 和 getErrorStream() 。從ProcessBuilder中取得Process物件後，透過讀取輸出流來驗證結果。

使用Java腳本引擎

JSR-223規格是Java 6首次引入的，該規格定義了一組腳本API，可以提供基本腳本功能。這些API提供了在Java和腳本語言之間共享值及執行腳本的機制。這個規格主要目的是為了統一Java與不同實作JVM的動態腳本語言的交互，Jython是在jvm上執行python的java實作。假設我們在CLASSPATH上有Jython，框架自動發現我們有可能使用該腳本引擎，並允許我們直接請求Python腳本引擎。在Maven中，我們可以引用Jython，也可以直接下載安裝它

<dependency>
    <groupId>org.python</groupId>
    <artifactId>jython</artifactId>
    <version>2.7.2</version>
</dependency>

可以透過下面程式碼列出所有支援的腳本引擎：

public static void listEngines() {
    ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
    List<ScriptEngineFactory> 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在環境中可用，應該要看到對應的輸出:

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

現在使用Jython呼叫hello.py腳本：

@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());
}

使用該API比上面的範例更簡潔。在設定ScriptContext時，需要將StringWriter包含其中，以便儲存腳本執行的輸出。然後提供簡稱讓ScriptEngineManager 尋找腳本引擎，可以使用python或jython。最後驗證輸出是否與期望一致。

其實也可以使用PythonInterpretor 類別直接呼叫嵌入的python程式碼：

@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());
    }
}

PythonInterpreter類別提供的exec方法可直接執行Python程式碼。和前面範例一樣透過StringWriter 捕獲執行輸出。下面再看一個範例：

@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());
    }
}

上面範例可以使用get方法存取變數值。下面範例看如何捕獲錯誤：

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

執行上面程式碼會拋出PyException 異常，與在本機執行Python腳本輸出錯誤一樣。

下面有幾點注意事項：

• PythonIntepreter 實作了AutoCloseable，最好是與 try-with-resources 一起使用。

• PythonIntepreter類別名稱不是表示Python程式碼的解析器，Python程式在Jython運行在jvm中，執行前需要編譯為java位元組碼。

• 儘管Jython是Java的Python實現，但它可能不包含與本機Python相同的所有子套件。

下面範例展示如何把java變數賦給Python變數：

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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