Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

2022年11月2日21:40:27后端程序开发评论70 views字数 8088阅读模式
Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

引子

在工作中,我时不时地会需要在Go中调用外部命令。前段时间我做了一个工具,在钉钉群中添加了一个机器人,@这个机器人可以让它执行一些写好的脚本程序完成指定的任务。机器人倒是不难,照着钉钉开发者文档添加好机器人,然后@这个机器人就会向一个你指定的服务器发送一个POST请求,请求中会附带文本消息。所以我要做的就是搭一个Web服务器,可以用go原生的net/http包,也可以用gin/fasthttp/fiber这些Web框架。收到请求之后,检查附带文本中的关键字去调用对应的程序,然后返回结果。

go标准库中的os/exec包对调用外部程序提供了支持,本文详细介绍os/exec的使用姿势。

运行命令

Linux中有个cal命令,它可以显示指定年、月的日历,如果不指定年、月,默认为当前时间对应的年月。如果使用的是Windows,推荐安装msys2,这个软件包含了绝大多数的Linux常用命令。

Go语言开发,调用外部命令的几种姿势
Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

那么,在Go代码中怎么调用这个命令呢?其实也很简单:

func main() {
  cmd := exec.Command("cal")
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }
}

首先,我们调用exec.Command传入命令名,创建一个命令对象exec.Cmd。接着调用该命令对象的Run()方法运行它。

如果你实际运行了,你会发现什么也没有发生,哈哈。事实上,使用os/exec执行命令,标准输出和标准错误默认会被丢弃。

显示输出

exec.Cmd对象有两个字段StdoutStderr,类型皆为io.Writer。我们可以将任意实现了io.Writer接口的类型实例赋给这两个字段,继而实现标准输出和标准错误的重定向。io.Writer接口在 Go 标准库和第三方库中随处可见,例如*os.File*bytes.Buffernet.Conn。所以我们可以将命令的输出重定向到文件、内存缓存甚至发送到网络中。

显示到标准输出

exec.Cmd对象的StdoutStderr这两个字段都设置为os.Stdout,那么输出内容都将显示到标准输出:

func main() {
  cmd := exec.Command("cal")
  cmd.Stdout = os.Stdout
  cmd.Stderr = os.Stderr
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }
}

运行程序。我在git bash运行,得到如下结果:

Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

输出了中文,检查一下环境变量LANG的值,果然是zh_CN.UTF-8。如果想输出英文,可以将环境变量LANG设置为en_US.UTF-8

$ echo $LANG
zh_CN.UTF-8
$ LANG=en_US.UTF-8 go run main.go

得到输出:

Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

输出到文件

打开或创建文件,然后将文件句柄赋给exec.Cmd对象的StdoutStderr这两个字段即可实现输出到文件的功能。

func main() {
  f, err := os.OpenFile("out.txt", os.O_WRONLY|os.O_CREATE, os.ModePerm)
  if err != nil {
    log.Fatalf("os.OpenFile() failed: %v\n", err)
  }

  cmd := exec.Command("cal")
  cmd.Stdout = f
  cmd.Stderr = f
  err = cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }
}

os.OpenFile打开一个文件,指定os.O_CREATE标志让操作系统在文件不存在时自动创建一个,返回该文件对象*os.File*os.File实现了io.Writer接口。

运行程序:

$ go run main.go
$ cat out.txt
    November 2022   
Su Mo Tu We Th Fr Sa
       1  2  3  4  5
 6  7  8  9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30

发送到网络

现在我们来编写一个日历服务,接收年、月信息,返回该月的日历。

func cal(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  year := r.URL.Query().Get("year")
  month := r.URL.Query().Get("month")

  cmd := exec.Command("cal", month, year)
  cmd.Stdout = w
  cmd.Stderr = w

  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }
}

func main() {
  http.HandleFunc("/cal", cal)
  http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

这里为了简单,错误处理都省略了。正常情况下,year和month参数都需要做合法性校验。exec.Command函数接收一个字符串类型的可变参数作为命令的参数:

func Command(name string, arg ...string) *Cmd

运行程序,使用浏览器请求localhost:8080/cal?year=2021&month=2得到:

Go语言开发,调用外部命令的几种姿势

保存到内存对象中

*bytes.Buffer同样也实现了io.Writer接口,故如果我们创建一个*bytes.Buffer对象,并将其赋给exec.CmdStdoutStderr这两个字段,那么命令执行之后,该*bytes.Buffer对象中保存的就是命令的输出。

func main() {
  buf := bytes.NewBuffer(nil)
  cmd := exec.Command("cal")
  cmd.Stdout = buf
  cmd.Stderr = buf
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  fmt.Println(buf.String())
}

运行:

$ go run main.go
    November 2022   
Su Mo Tu We Th Fr Sa
       1  2  3  4  5
 6  7  8  9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30

运行命令,然后得到输出的字符串或字节切片这种模式是如此的普遍,并且使用便利,os/exec包提供了一个便捷方法:CombinedOutput

输出到多个目的地

有时,我们希望能输出到文件和网络,同时保存到内存对象。使用go提供的io.MultiWriter可以很容易实现这个需求。io.MultiWriter很方便地将多个io.Writer转为一个io.Writer

我们稍微修改上面的web程序:

func cal(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  year := r.URL.Query().Get("year")
  month := r.URL.Query().Get("month")

  f, _ := os.OpenFile("out.txt", os.O_CREATE|os.O_WRONLY, os.ModePerm)
  buf := bytes.NewBuffer(nil)
  mw := io.MultiWriter(w, f, buf)

  cmd := exec.Command("cal", month, year)
  cmd.Stdout = mw
  cmd.Stderr = mw

  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  fmt.Println(buf.String())
}

调用io.MultiWriter将多个io.Writer整合成一个io.Writer,然后将cmd对象的StdoutStderr都赋值为这个io.Writer。这样,命令运行时产出的输出会分别送往http.ResponseWriter*os.File以及*bytes.Buffer

运行命令,获取输出

前面提到,我们常常需要运行命令,返回输出。exec.Cmd对象提供了一个便捷方法:CombinedOutput()。该方法运行命令,将输出内容以一个字节切片返回便于后续处理。所以,上面获取输出的程序可以简化为:

func main() {
  cmd := exec.Command("cal")
  output, err := cmd.CombinedOutput()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  fmt.Println(string(output))
}

So easy!

CombinedOutput()方法的实现很简单,先将标准输出和标准错误重定向到*bytes.Buffer对象,然后运行程序,最后返回该对象中的字节切片:

func (c *Cmd) CombinedOutput() ([]byte, error) {
  if c.Stdout != nil {
    return nil, errors.New("exec: Stdout already set")
  }
  if c.Stderr != nil {
    return nil, errors.New("exec: Stderr already set")
  }
  var b bytes.Buffer
  c.Stdout = &b
  c.Stderr = &b
  err := c.Run()
  return b.Bytes(), err
}

CombinedOutput方法前几行判断表明,StdoutStderr必须是未设置状态。这其实很好理解,一般情况下,如果已经打算使用CombinedOutput方法获取输出内容,不会再自找麻烦地再去设置StdoutStderr字段了。

CombinedOutput类似的还有Output方法,区别是Output只会返回运行命令产出的标准输出内容。

分别获取标准输出和标准错误

创建两个*bytes.Buffer对象,分别赋给exec.Cmd对象的StdoutStderr这两个字段,然后运行命令即可分别获取标准输出和标准错误。

func main() {
  cmd := exec.Command("cal", "15", "2012")
  var stdout, stderr bytes.Buffer
  cmd.Stdout = &stdout
  cmd.Stderr = &stderr
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  fmt.Printf("output:\n%s\nerror:\n%s\n", stdout.String(), stderr.String())
}

标准输入

exec.Cmd对象有一个类型为io.Reader的字段Stdin。命令运行时会从这个io.Reader读取输入。先来看一个最简单的例子:

func main() {
  cmd := exec.Command("cat")
  cmd.Stdin = bytes.NewBufferString("hello\nworld")
  cmd.Stdout = os.Stdout
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }
}

如果不带参数运行cat命令,则进入交互模式,cat按行读取输入,并且原样发送到输出。

再来看一个复杂点的例子。Go标准库中compress/bzip2包只提供解压方法,并没有压缩方法。我们可以利用Linux命令bzip2实现压缩。bzip2从标准输入中读取数据,将其压缩,并发送到标准输出。

func bzipCompress(d []byte) ([]byte, error) {
  var out bytes.Buffer
  cmd := exec.Command("bzip2", "-c", "-9")
  cmd.Stdin = bytes.NewBuffer(d)
  cmd.Stdout = &out
  err := cmd.Run()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  return out.Bytes(), nil
}

参数-c表示压缩,-9表示压缩等级,9为最高。为了验证函数的正确性,写个简单的程序,先压缩"hello world"字符串,然后解压,看看是否能得到原来的字符串:

func main() {
  data := []byte("hello world")
  compressed, _ := bzipCompress(data)
  r := bzip2.NewReader(bytes.NewBuffer(compressed))
  decompressed, _ := ioutil.ReadAll(r)
  fmt.Println(string(decompressed))
}

运行程序,输出"hello world"。

环境变量

环境变量可以在一定程度上微调程序的行为,当然这需要程序的支持。例如,设置ENV=production会抑制调试日志的输出。每个环境变量都是一个键值对。exec.Cmd对象中有一个类型为[]string的字段Env。我们可以通过修改它来达到控制命令运行时的环境变量的目的。

package main

import (
  "fmt"
  "log"
  "os"
  "os/exec"
)

func main() {
  cmd := exec.Command("bash", "-c", "./test.sh")

  nameEnv := "NAME=darjun"
  ageEnv := "AGE=18"

  newEnv := append(os.Environ(), nameEnv, ageEnv)
  cmd.Env = newEnv

  out, err := cmd.CombinedOutput()
  if err != nil {
    log.Fatalf("cmd.Run() failed: %v\n", err)
  }

  fmt.Println(string(out))
}

上面代码获取系统的环境变量,然后又添加了两个环境变量NAMEAGE。最后使用bash运行脚本test.sh

#!/bin/bash

echo $NAME
echo $AGE
echo $GOPATH

程序运行结果:

$ go run main.go 
darjun
18
D:\workspace\code\go

检查命令是否存在

一般在运行命令之前,我们通过希望能检查要运行的命令是否存在,如果存在则直接运行,否则提示用户安装此命令。os/exec包提供了函数LookPath可以获取命令所在目录,如果命令不存在,则返回一个error。

func main() {
  path, err := exec.LookPath("ls")
  if err != nil {
    fmt.Printf("no cmd ls: %v\n", err)
  } else {
    fmt.Printf("find ls in path:%s\n", path)
  }

  path, err = exec.LookPath("not-exist")
  if err != nil {
    fmt.Printf("no cmd not-exist: %v\n", err)
  } else {
    fmt.Printf("find not-exist in path:%s\n", path)
  }
}

运行:

$ go run main.go 
find ls in path:C:\Program Files\Git\usr\bin\ls.exe
no cmd not-exist: exec: "not-exist": executable file not found in %PATH%

封装

执行外部命令的流程比较固定:

  • 调用exec.Command()创建命令对象;
  • 调用Cmd.Run()执行命令

如果要获取输出,需要调用CombinedOutput/Output之类的方法,或者手动创建bytes.Buffer对象并赋值给exec.CmdStdoutStderr字段。为了使用方便,我编写了一个包goexec

接口如下:

// 执行命令,丢弃标准输出和标准错误
func RunCommand(cmd string, arg []string, opts ...Option) error
// 执行命令,以[]byte类型返回输出
func CombinedOutput(cmd string, arg []string, opts ...Option) ([]byte, error)
// 执行命令,以string类型返回输出
func CombinedOutputString(cmd string, arg []string, opts ...Option) (string, error)
// 执行命令,以[]byte类型返回标准输出
func Output(cmd string, arg []string, opts ...Option) ([]byte, error)
// 执行命令,以string类型返回标准输出
func OutputString(cmd string, arg []string, opts ...Option) (string, error)
// 执行命令,以[]byte类型分别返回标准输出和标准错误
func SeparateOutput(cmd string, arg []string, opts ...Option) ([]byte, []byte, error)
// 执行命令,以string类型分别返回标准输出和标准错误
func SeparateOutputString(cmd string, arg []string, opts ...Option) (string, string, error)

相较于直接使用os/exec包,我倾向于一次函数调用就能获得结果。对输入、设置环境变量这些功能,我通过Option模式来提供支持。

type Option func(*exec.Cmd)

func WithStdin(stdin io.Reader) Option {
  return func(c *exec.Cmd) {
    c.Stdin = stdin
  }
}

func Without(stdout io.Writer) Option {
  return func(c *exec.Cmd) {
    c.Stdout = stdout
  }
}

func WithStderr(stderr io.Writer) Option {
  return func(c *exec.Cmd) {
    c.Stderr = stderr
  }
}

func WithOutWriter(out io.Writer) Option {
  return func(c *exec.Cmd) {
    c.Stdout = out
    c.Stderr = out
  }
}

func WithEnv(key, value string) Option {
  return func(c *exec.Cmd) {
    c.Env = append(os.Environ(), fmt.Sprintf("%s=%s", key, value))
  }
}

func applyOptions(cmd *exec.Cmd, opts []Option) {
  for _, opt := range opts {
    opt(cmd)
  }
}

使用非常简单:

func main() {
  fmt.Println(goexec.CombinedOutputString("cal", nil, goexec.WithEnv("LANG", "en_US.UTF-8")))
}

有一点我不太满意,为了使用Option模式,本来可以用可变参数来传递命令参数,现在只能用切片了,即使不需要指定参数,也必须要传入一个nil。暂时还没有想到比较优雅的解决方法。

总结

本文介绍了使用os/exec这个标准库调用外部命令的各种姿势。同时为了便于使用,我编写了一个goexec包封装对os/exec的调用。这个包目前for我自己使用是没有问题的,大家有其他需求可以提issue或者自己魔改 。

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