Java使用ProcessBuilder?API優(yōu)化流程

更新時(shí)間：2023年06月14日 09:38:18 作者：程序猿阿朗

Java?的?Process?API?為開發(fā)者提供了執(zhí)行操作系統(tǒng)命令的強(qiáng)大功能，這篇文章將詳細(xì)介紹如何使用?ProcessBuilder?API?來方便的操作系統(tǒng)命令，需要的可以收藏一下

ProcessBuilder 介紹

Java 的 Process API 為開發(fā)者提供了執(zhí)行操作系統(tǒng)命令的強(qiáng)大功能，但是某些 API 方法可能讓你有些疑惑，沒關(guān)系，這篇文章將詳細(xì)介紹如何使用 ProcessBuilder API 來方便的操作系統(tǒng)命令。

ProcessBuilder 入門示例

我們通過演示如何調(diào)用 java -version 命令輸出 JDK 版本號，來演示 ProcessBuilder 的入門用法。

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import org.apache.commons.io.IOUtils;
/**
 * Process 輸出Java 版本號
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        // 構(gòu)建執(zhí)行命令
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("java","-version");
        // 重定向 ERROR 流(有些 JDK 版本 Java 命令通過 ERROR 流輸出)
        processBuilder.redirectErrorStream(true);
        // 運(yùn)行命令 java -version
        Process process = processBuilder.start();
        // 獲取PID，這是一個(gè) Java 9 方法
        long pid = process.pid();
        // 一次性獲取運(yùn)行結(jié)果
        String result = IOUtils.toString(process.getInputStream());
        // 等到運(yùn)行結(jié)束
        int exitCode = process.waitFor();
        System.out.println("pid:" + pid);
        System.out.println("result:" + result);
        System.out.println("exitCode:" + exitCode);
    }
}

在這段代碼中，首先使用 ProcessBuilder 對象包裝了要執(zhí)行的命令 java -version，緊接著重定向了要執(zhí)行的進(jìn)程的 ERROR 輸出流(有些 JDK 版本 Java 命令通過 ERROR 流輸出)。最后通過 start 方法執(zhí)行命令，得到一個(gè)用于進(jìn)程管理的 Process 對象，可以獲取其 pid 和輸出結(jié)果。

注意 IOUtils.toString(process.getInputStream());

這里使用了 commons-io 中的工具類把 InputStream 轉(zhuǎn)為字符串。

commons-io Maven 依賴：

<dependency>
    <groupId>commons-io</groupId>
    <artifactId>commons-io</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
</dependency>

運(yùn)行得到輸出：

pid:80885
result:java version "1.8.0_151"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_151-b12)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.151-b12, mixed mode)

exitCode:0

ProcessBuilder 環(huán)境變量

在下面這個(gè)示例中，演示如何獲取當(dāng)前環(huán)境變量，以及如何修改環(huán)境變量并傳入子進(jìn)程中。

輸出當(dāng)前環(huán)境變量。

ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
Map<String, String> environment = processBuilder.environment();
environment.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ":" + v));
processBuilder.environment().put("my_website","www.wdbyte.com");

這會打印出當(dāng)前所有環(huán)境變量。

JAVA_HOME:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_151.jdk/Contents/Home
COMMAND_MODE:unix2003
JAVA_MAIN_CLASS_81717:com.wdbyte.os.process.ProcessBuilderTest2
LOGNAME:darcy
.....

添加一個(gè)環(huán)境變量。

processBuilder.environment().put("my_website","www.wdbyte.com");

打印出剛才添加的環(huán)境變量。

// Linux 或 MacOS 下 ，Windows 下無此命令
processBuilder.command("/bin/bash", "-c", "echo $my_website");
Process process = processBuilder.start();
long pid = process.pid();
String result = IOUtils.toString(process.getInputStream());
int exitCode = process.waitFor();
System.out.println("pid:" + pid);
System.out.println("result:" + result);
System.out.println("exitCode:" + exitCode);

這會輸出：

pid:81719
result:www.wdbyte.com
exitCode:0

ProcessBuilder 工作目錄

使用 directory 方法可以修改子進(jìn)程默認(rèn)的工作目錄，下面的示例中修改進(jìn)程工作目錄為 process 文件夾。

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import org.apache.commons.io.IOUtils;
/**
 * 修改工作目錄
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest3 {
    private static String BASE_DIR = "/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process";
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
        processBuilder.directory(new File(BASE_DIR));
        // /bin/bash 命令只在 linux or macos 下有效
        processBuilder.command("/bin/bash", "-c", "pwd");
        Process process = processBuilder.start();
        long pid = process.pid();
        String result = IOUtils.toString(process.getInputStream());
        int exitCode = process.waitFor();
        System.out.println("pid:" + pid);
        System.out.println("result:" + result);
        System.out.println("exitCode:" + exitCode);
    }
}

輸出：

pid:82456
result:/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process
exitCode:0

ProcessBuilder I/O

在上面的示例中，都是把運(yùn)行的新進(jìn)程的輸出通過 getInputStream 的方式讀取到當(dāng)前進(jìn)程，然后輸出，這種方式很不方便。日志輸出常見的方式是輸出到指定日志文件，ProcessBuilder 對此也有很好的支持。

輸出到文件

使用 redirectOutput 可以指定日志輸出的文件，這個(gè)方法會自動創(chuàng)建日志文件。下面的例子在指定目錄下執(zhí)行 ls-l 命令列出目錄下的所有文件。

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
/**
 * 輸出日志到指定文件
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest4 {
    private static String BASE_DIR = "/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process";
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
        processBuilder.directory(new File(BASE_DIR));
        processBuilder.command("/bin/bash", "-c", "ls -l");
        File logFile = new File(BASE_DIR + "/process_log.txt");
        // 輸出到日志文件
        processBuilder.redirectOutput(logFile);
        // 追加日志到文件
        // processBuilder.redirectOutput(ProcessBuilder.Redirect.appendTo(logFile));
        // 是否輸出ERROR日志到文件
        processBuilder.redirectErrorStream(true);
        Process process = processBuilder.start();
        long pid = process.pid();
        int exitCode = process.waitFor();
        System.out.println("pid:" + pid);
        System.out.println("exitCode:" + exitCode);
        // 讀取日志文件
        Files.lines(logFile.toPath()).forEach(System.out::println);
    }
}

輸出日志：

pid:30609
exitCode:0
total 96
-rw-r--r-- 1 darcy staff 749 Jun 6 22:34 ExecDemo.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 445 Jun 7 14:59 ExecDemo2.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 2011 Jun 7 15:33 ProcessBuilder10.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1807 Jun 6 22:54 ProcessBuilderTest1.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1054 Jun 6 23:01 ProcessBuilderTest2.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 963 Jun 6 23:05 ProcessBuilderTest3.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1295 Jun 7 17:02 ProcessBuilderTest4.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1250 Jun 6 22:34 ProcessBuilderTest5.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 929 Jun 6 22:34 ProcessBuilderTest6.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 911 Jun 6 22:34 ProcessBuilderTest7.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1305 Jun 6 22:34 ProcessBuilderTest8.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 1278 Jun 7 14:59 ProcessBuilderTest9.java
-rw-r--r-- 1 darcy staff 0 Jun 7 17:03 process_log.txt

如果想要追加日志到指定文件，應(yīng)該使用：

processBuilder.redirectOutput(ProcessBuilder.Redirect.appendTo(logFile));

使用 processBuilder 也可以指定 INFO 和 ERROR 日志到不同的文件。

ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
processBuilder.directory(new File(BASE_DIR));
// 執(zhí)行命令 xxx，命令不存在，會報(bào) ERROR 日志
processBuilder.command("/bin/bash", "-c", "xxx");
File infoLogFile = new File(BASE_DIR + "/process_log_info.txt");
File errorLogFile = new File(BASE_DIR + "/process_log_error.txt");
// 日志輸出到文件
processBuilder.redirectOutput(infoLogFile);
processBuilder.redirectError(errorLogFile);
Process process = processBuilder.start();
// 讀取 ERROR 日志
Files.lines(errorLogFile.toPath()).forEach(System.out::println);

運(yùn)行輸出：

/bin/bash: xxx: command not found

輸出到當(dāng)前進(jìn)程

在這個(gè)示例中，將看到 inheritIO() 方法的作用。當(dāng)我們想將子進(jìn)程的 I/O 重定向到當(dāng)前進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn) I/O 時(shí)，可以使用這個(gè)方法：

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
/**
 * 子線程 I/O 重定向到當(dāng)前線程
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest6 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
        processBuilder.directory(new File("./"));
        processBuilder.command("/bin/bash", "-c", "ls -l");
        // 把子線程 I/O 輸出重定向當(dāng)前進(jìn)程
        processBuilder.inheritIO();
        Process process = processBuilder.start();
        int exitCode = process.waitFor();
        System.out.println("exitCode:" + exitCode);
    }
}

這會輸出：

total 2904
-rw-r--r-- 1 darcy staff 5822 May 2 22:33 ArrayList.uml
-rw-r--r-- 1 darcy staff 16555 May 16 16:07 README.md
-rw-r--r-- 1 darcy staff 333 May 4 19:30 core-java-20.iml
drwxr-xr-x 16 darcy staff 512 Jun 2 22:03 core-java-modules
exitCode:0

在這個(gè)示例中，通過使用inheritIO()方法，我們在 IDE 的控制臺中看到了一個(gè)簡單命令結(jié)果的輸出。

ProcessBuilder 管道操作

從 Java 9 開始，ProcessBuilder 引入了管道概念，可以把一個(gè)進(jìn)程的輸出作為另一個(gè)進(jìn)程的輸入再次操作。

public static List<Process> startPipeline(List<ProcessBuilder> builders)

使用這個(gè)方法我們可以進(jìn)行如這樣的常見操作：ls -l | wc -l

ls -l | wc -l ：列出文件目錄，然后統(tǒng)計(jì)輸出的行數(shù)。

下面演示如何使用 startPipeline.

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.lang.ProcessBuilder.Redirect;
import java.nio.file.Files;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
/**
 * Java 9 中新增的管道操作
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest8 {
    private static String BASE_DIR = "/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process";
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ProcessBuilder ls = new ProcessBuilder("/bin/bash", "-c", "ls -l");
        ProcessBuilder wc = new ProcessBuilder("wc", "-l");
        // 追加日志到文件
        File pipeLineLogFile = getFile(BASE_DIR + "/pipe_line_log.txt");
        wc.redirectOutput(Redirect.appendTo(pipeLineLogFile));
        List<Process> processes = ProcessBuilder.startPipeline(Arrays.asList(ls, wc));
        Process process = processes.get(processes.size() - 1);
        System.out.println("pid:" + process.pid());
        System.out.println("exitCode:" + process.waitFor());
        Files.lines(pipeLineLogFile.toPath()).forEach(System.out::println);
    }
    public static File getFile(String filePath) throws IOException {
        File logFile = new File(filePath);
        if (!logFile.exists()) {
            logFile.createNewFile();
        }
        return logFile;
    }
}

這會輸出：

pid:33518
exitCode:0
21

ProcessBuilder 超時(shí)與終止

進(jìn)程有時(shí)不能按照自己想要的情況運(yùn)行，需要對進(jìn)程進(jìn)行管理，常見的操作是超時(shí)控制以及進(jìn)程退出。下面通過一個(gè)例子來演示如何操作。

先編譯一個(gè)用于測試的 Java 類 ExecDemo.java，此類每隔一秒輸出一個(gè)數(shù)字，共輸出10個(gè)數(shù)字，預(yù)計(jì)需要10s輸出完畢。

下面是代碼部分：

import java.io.IOException;
/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ExecDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("開始處理數(shù)據(jù)...");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("數(shù)據(jù)處理完畢");
    }
}

再編寫一個(gè) ProcessBuilder 來執(zhí)行 ExceDemo，但是在執(zhí)行 3 秒后就判斷是否運(yùn)行完成，如果沒有則殺死進(jìn)程。

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 運(yùn)行一個(gè) Java 程序
 * 等待一定時(shí)間后檢查狀態(tài)，未結(jié)束則直接殺死進(jìn)程。
 *
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest9 {
    private static String BASE_DIR = "/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process";
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
        processBuilder.directory(new File(BASE_DIR));
        processBuilder.command("java", "ExecDemo.java");
        // 把子線程 I/O 輸出重定向當(dāng)前進(jìn)程
        processBuilder.inheritIO();
        Process process = processBuilder.start();
        // 等待一定時(shí)間
        boolean waitFor = process.waitFor(3, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("waitFor:" + waitFor);
        // 若未退出，殺死子進(jìn)程
        if (!waitFor) {
            process.destroyForcibly();
            process.waitFor();
            System.out.println("殺死進(jìn)程:" + process);
        }
    }
}

這會輸出：

開始處理數(shù)據(jù)...
0
1
waitFor:false
殺死進(jìn)程:Process[pid=35084, exitValue=137]

在這段代碼中，destroyForcibly() 用于殺死進(jìn)程，但是殺死進(jìn)程并不是瞬間完成的，所以接著使用 waitFor() 來等待程序真正被殺死退出。

ProcessBuilder 異步處理

很多情況下，在執(zhí)行一個(gè)命令啟動一個(gè)新線程后，我們不想阻塞等待進(jìn)程的完成，想要異步化，在進(jìn)程執(zhí)行完成后進(jìn)行通知回調(diào)。這時(shí)可以使用 CompletableFuture 來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

package com.wdbyte.os.process;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class ProcessBuilderTest10 {
    private static String BASE_DIR = "/Users/darcy/git/JavaNotes/core-java-modules/core-java-os/src/main/java/com/wdbyte/os/process";
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder();
        processBuilder.directory(new File(BASE_DIR));
        processBuilder.command("java", "ExecDemo.java");
        // 把子線程 I/O 輸出重定向當(dāng)前進(jìn)程
        processBuilder.inheritIO();
        // 創(chuàng)建 CompletableFuture 對象
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                // 命令執(zhí)行
                Process process = processBuilder.start();
                // 任務(wù)超時(shí)時(shí)間
                process.waitFor();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return null;
        });
        // 注冊回調(diào)函數(shù)，處理異步等待的結(jié)果
        future.thenAccept(result -> {
            System.out.println("進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束");
        });
        System.out.println("主進(jìn)程等待");
        Thread.sleep(20 * 1000);
    }
}

這會輸出：