如何在Java中调用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。本文介绍几种方法从java调用Python代码，从而最大化利用两个语言的优势。

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<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();
}

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：

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

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<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());
        }
    }
}

总结

本文介绍了如何从Java调用Python脚本，使用jython脚本引擎比ProcessBuilder类更简单。另外Python可以便捷搭建http应用，Java也可以通过HTTP协议直接调用HTTP服务实现交互。

参考内容：https://www.baeldung.com/java-working-with-python