ProcessBuilder waitFor 調用外部應用

来源:https://www.cnblogs.com/ycwu314/archive/2019/08/02/11291226.html
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Runtime.getRuntime().exec()和ProcessBuilder都能啟動子進程。ProcessBuilder waitFor阻塞等待子進程執行返回。ProcessBuilder.command()要傳入字元串list，否則啟動報錯“CreateProcess error=2 系統... ...


小程式項目最初使用ffmpeg轉換微信錄音文件為wav格式，再交給阿裡雲asr識別成文字。視頻音頻轉換最常用是ffmpeg。

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ffmpeg -i a.mp3 b.wav

相關文章：

問題變成怎樣使用java調用系統的ffmpeg工具。在java中，封裝了進程Process類，可以使用Runtime.getRuntime().exec()或者ProcessBuilder新建進程。

從Runtime.getRuntime().exec()說起

最簡單啟動進程的方式，是直接把完整的命令作為exec()的參數。

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try {
    log.info("ping 10 times");
    Runtime.getRuntime().exec("ping -n 10 127.0.0.1");
    log.info("done");
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

輸出結果

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17:12:37.262 [main] INFO com.godzilla.Test - ping 10 times
17:12:37.272 [main] INFO com.godzilla.Test - done

我期望的是執行命令結束後再列印done，但是明顯不是。

waitFor阻塞等待子進程返回

Process類提供了waitFor方法。可以阻塞調用者線程，並且返回碼。0表示子進程執行正常。

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/**
 * Causes the current thread to wait, if necessary, until the
 * process represented by this {@code Process} object has
 * terminated.  This method returns immediately if the subprocess
 * has already terminated.  If the subprocess has not yet
 * terminated, the calling thread will be blocked until the
 * subprocess exits.
 *
 * @return the exit value of the subprocess represented by this
 *         {@code Process} object.  By convention, the value
 *         {@code 0} indicates normal termination.
 * @throws InterruptedException if the current thread is
 *         {@linkplain Thread#interrupt() interrupted} by another
 *         thread while it is waiting, then the wait is ended and
 *         an {@link InterruptedException} is thrown.
 */
public abstract int waitFor() throws InterruptedException;
 
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try {
    log.info("ping 10 times");
    Process p =  Runtime.getRuntime().exec("ping -n 10 127.0.0.1");
    int code = p.waitFor();
    if(code == 0){
        log.info("done");
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

輸出結果

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17:15:28.557 [main] INFO com.godzilla.Test - ping 10 times
17:15:37.615 [main] INFO com.godzilla.Test - done

似乎滿足需要了。但是，如果子進程發生問題一直不返回，那麼java主進程就會一直block，這是非常危險的事情。
對此，java8提供了一個新介面，支持等待超時。註意介面的返回值是boolean，不是int。當子進程在規定時間內退出，則返回true。

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public boolean waitFor(long timeout, TimeUnit unit)

測試代碼

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try {
    log.info("ping 10 times");
    Process p = Runtime.getRuntime().exec("ping -n 10 127.0.0.1");
    boolean exit = p.waitFor(1, TimeUnit.SECONDS);
    if (exit) {
        log.info("done");
    } else {
        log.info("timeout");
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

輸出結果

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17:43:47.340 [main] INFO com.godzilla.Test - ping 10 times
17:43:48.352 [main] INFO com.godzilla.Test - timeout

獲取輸入、輸出和錯誤流

要獲取子進程的執行輸出，可以使用Process類的getInputStream()。類似的有getOutputStream()、getErrorStream()。

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try {
    log.info("ping");
    Process p = Runtime.getRuntime().exec("ping -n 1 127.0.0.1");
    p.waitFor();
    BufferedReader bw = new BufferedReader(new InputStreamReader(p.getInputStream(), "GBK"));
    String line = null;
    while ((line = bw.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
    bw.close();
    log.info("done")
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

註意，GBK是Windows平臺的字元編碼。
輸出結果

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18:28:21.396 [main] INFO com.godzilla.Test - ping

正在 Ping 127.0.0.1 具有 32 位元組的數據:
來自 127.0.0.1 的回覆: 位元組=32 時間<1ms TTL=128

127.0.0.1 的 Ping 統計信息:
    數據包: 已發送 = 1，已接收 = 1，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計時間(以毫秒為單位):
    最短 = 0ms，最長 = 0ms，平均 = 0ms
18:28:21.444 [main] INFO com.godzilla.Test - done

這裡牽涉到一個技術細節，參考Process類的javadoc

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* <p>By default, the created subprocess does not have its own terminal
* or console.  All its standard I/O (i.e. stdin, stdout, stderr)
* operations will be redirected to the parent process, where they can
* be accessed via the streams obtained using the methods
* {@link #getOutputStream()},
* {@link #getInputStream()}, and
* {@link #getErrorStream()}.
* The parent process uses these streams to feed input to and get output
* from the subprocess.  Because some native platforms only provide
* limited buffer size for standard input and output streams, failure
* to promptly write the input stream or read the output stream of
* the subprocess may cause the subprocess to block, or even deadlock.

翻譯過來是，子進程預設沒有自己的stdin、stdout、stderr，涉及這些流的操作，到會重定向到父進程。由於平臺限制，可能導致緩衝區消耗完了，導致阻塞甚至死鎖！

網上有的說法是，開啟2個線程，分別讀取子進程的stdout、stderr。
不過，既然說是By default，就是有非預設的方式，其實就是使用ProcessBuilder類，重定向流。此功能從java7開始支持。

ProcessBuilder和redirect

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try {
    log.info("ping");
    Process p = new ProcessBuilder().command("ping -n 1 127.0.0.1").start();
    p.waitFor();
    log.info("done")
}  catch (IOException | InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

輸出結果

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19:01:53.027 [main] INFO com.godzilla.Test - ping
java.io.IOException: Cannot run program "ping -n 1 127.0.0.1": CreateProcess error=2, 系統找不到指定的文件。
	at java.lang.ProcessBuilder.start(ProcessBuilder.java:1048)
	at com.godzilla.Test.main(Test.java:13)
Caused by: java.io.IOException: CreateProcess error=2, 系統找不到指定的文件。
	at java.lang.ProcessImpl.create(Native Method)
	at java.lang.ProcessImpl.<init>(ProcessImpl.java:386)
	at java.lang.ProcessImpl.start(ProcessImpl.java:137)
	at java.lang.ProcessBuilder.start(ProcessBuilder.java:1029)
	... 1 more

此處有坑：ProcessBuilder的command列表要用字元串數組或者list形式傳入！ ps. 在小程式項目上，一開始把ffmpeg -i a.mp3 b.wav傳入ProcessBuilder，卻看不到生成的wav文件，查了日誌CreateProcess error=2, 系統找不到指定的文件。還以為是ffmpeg路徑問題。後來查了api才發現掉坑了。
正確的寫法

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Process p = new ProcessBuilder().command("ping", "-n", "1", "127.0.0.1").start();

剛纔說的重定向問題，可以這樣寫

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Process p = new ProcessBuilder().command("ping", "-n", "1", "127.0.0.1")
        .redirectError(new File("stderr.txt"))
        .start();

工作目錄

預設子進程的工作目錄繼承於父進程。可以通過ProcessBuilder.directory()修改。

一些代碼細節

ProcessBuilder.Redirect

java7增加了ProcessBuilder.Redirect抽象，實現子進程的流重定向。Redirect類有個Type枚舉

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public enum Type {
    PIPE,
    INHERIT,
    READ,
    WRITE,
    APPEND
};

其中

  • PIPE: 表示子流程IO將通過管道連接到當前的Java進程。 這是子進程標準IO的預設處理。
  • INHERIT: 表示子進程IO源或目標將與當前進程的相同。 這是大多數操作系統命令解釋器（shell）的正常行為。

對於不同類型的Redirect，覆蓋下麵的方法

  • append
  • appendTo
  • file
  • from
  • to

Runtime.exec()的實現

Runtime類的exec()底層也是用ProcessBuilder實現

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public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)
    throws IOException {
        return new ProcessBuilder(cmdarray)
        .environment(envp)
        .directory(dir)
        .start();
}

ProcessImpl

Process的底層實現類是ProcessImpl。
上面講到流和Redirect，具體在ProcessImpl.start()方法

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FileInputStream  f0 = null;
FileOutputStream f1 = null;
FileOutputStream f2 = null;

然後是一堆繁瑣的if…else判斷是Redirect.INHERIT、Redirect.PIPE，是輸入還是輸出流。

總結

  • Process類是java對進程的抽象。ProcessImpl是具體的實現。
  • Runtime.getRuntime().exec()和ProcessBuilder.start()都能啟動子進程。Runtime.getRuntime().exec()底層也是ProcessBuilder構造的
  • Runtime.getRuntime().exec()可以直接消費一整串帶空格的命令。但是ProcessBuilder.command()必須要以字元串數組或者list形式傳入參數
  • 預設子進程的執行和父進程是非同步的。可以通過Process.waitFor()實現阻塞等待。
  • 預設情況下，子進程和父進程共用stdin、stdout、stderr。ProcessBuilder支持對流的重定向（since java7）
  • 流的重定向，是通過ProcessBuilder.Redirect類實現。

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