Python执行外部命令的六种方式对比与实战
本文详细对比了Python中执行外部命令的多种方法，包括os.system、os.popen、commands模块以及subprocess系列函数。重点解析了阻塞与非阻塞行为的差异，如何捕获标准输出与错误，以及将输出重定向至文件的技巧。同时指出使用PIPE可能导致死锁的风险，并提供check_call与check_output的异常处理建议，帮助开发者选择合适方案。
Python执行外部命令概述
在Python开发中，经常需要调用外部程序或系统命令。常用的实现方式有多种，下面逐一介绍。
首先介绍os.system()方法。该方法执行时会阻塞当前线程，直到外部命令执行完毕。
执行过程中，命令的标准输出会直接打印到控制台屏幕。
函数返回值为命令的执行结果码（exit code），通常0表示成功，非0表示失败。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import os
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
ret1 = os.system('python')
print('ret1:{}'.format(ret1))
ret2 = os.system('java -version')
print('ret2:{}'.format(ret2))
print('结束')接下来看具体的运行效果。
有人可能认为阻塞是因为Python解释器本身的机制，为了验证这一点，可以尝试连续执行两个相同的命令，例如都使用java -version进行测试。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import os
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
ret1 = os.system('java -version')
print('ret1:{}'.format(ret1))
ret2 = os.system('java -version')
print('ret2:{}'.format(ret2))
print('结束')实际运行结果显示，命令依次执行，前一个命令结束后才开始下一个，体现了阻塞特性。
os.popen()方法详解
第二种方式是os.popen()。
关于阻塞行为，os.popen()的表现取决于后续操作：如果不读取输出，它可能不阻塞或表现不同；如果读取输出，则会阻塞。
与os.system不同，os.popen()执行时，命令的标准输出不会直接打印到屏幕。
该函数返回一个文件对象，开发者可以通过read()或readline()方法读取命令的输出内容。
当不阻塞（即不立即读取输出）时：
# -*- encoding=utf-8 -*-
import os
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
os.popen('python')
ret2 = os.popen('java -version')
print('结束')运行代码会发现，程序迅速打印“开始”和“结束”，就像只执行了两个print语句一样快，因为os.popen()创建进程后并未立即等待其完成或读取输出。
当阻塞（即调用read()读取输出）时：
# -*- encoding=utf-8 -*-
import os
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
ret1 = os.popen('python')
print(ret1.read())
ret2 = os.popen('java -version')
print(ret2.read())
print('结束')运行代码会看到程序等待命令执行完毕，读取输出后再打印“结束”，体现了阻塞特性。
commands.getstatusoutput()方法
第三种方式是commands.getstatusoutput()。
该方法主要在Python 2.x版本中使用，Python 3中已移除。
需要在Linux环境下运行才能看到完整效果。
其阻塞行为与os.popen()类似，取决于是否读取输出。
执行时，命令的标准输出不会直接打印到屏幕。
在非阻塞情况下：
# -*- encoding=utf-8 -*-
import commands
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
ret1 = commands.getstatusoutput('python')
ret2 = commands.getstatusoutput('java -version')
print('结束')运行代码，程序快速执行并返回结果元组（状态码和输出），不等待命令完全结束或打印输出。
在阻塞情况下：
# -*- encoding=utf-8 -*-
import commands
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
ret1 = commands.getstatusoutput('python')
print ret1[0]
print ret1[1]
print '=============='
ret2 = commands.getstatusoutput('java -version')
print ret2[0]
print ret2[1]
print '=============='
print('结束')运行代码，程序会等待命令执行完毕，返回包含状态码和完整输出的元组。
subprocess.Popen高级用法
第四种方式是subprocess模块中的Popen类。
Popen的阻塞行为同样取决于是否读取IO：如果不读取，可能不阻塞；如果读取或调用wait()，则会阻塞。
默认情况下，命令的标准输出会打印到屏幕。
可以通过stdout和stderr参数指定将标准输出或错误输出重定向到文件。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import subprocess
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
s1 = subprocess.Popen('python')
s1.wait()
s2 = subprocess.Popen('java -version')
s2.wait()
print('结束')下面展示Popen的基本运行示例。
4.1、将输出重定向到文件。
通过传入文件对象给stdout参数，可以将命令输出写入指定文件。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import subprocess
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
with open('s1.txt', 'w') as f:
s1 = subprocess.Popen('python', stdout=f, ) # 指定输出重定向到文件
s1.wait(10) # 超过10秒还没执行完会抛出异常
with open('s2.txt', 'w') as f:
s2 = subprocess.Popen('java -version', stdout=f, stderr=f) # 指定输出和错误都重定向到文件
s2.wait()
print('结束')运行代码后，可以看到指定文件已被写入内容，而屏幕没有打印输出。需要注意区分stdout和stderr参数，分别处理标准输出和错误输出。
4.2、捕获输出和错误信息。
使用subprocess.PIPE可以创建一个新的管道来接收命令的运行状态和输出。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import subprocess
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
s1 = subprocess.Popen('java -version', stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
s1.wait(10) # 超过10秒还没执行完会抛出异常
print(s1.returncode) # 结果码
print(s1.poll()) # 已经执行结束返回结果码，否则返回None
std1 = s1.stdout.read()
print('std_out:{}'.format(std1))
std2 = s1.stderr.read()
print('std_err:{}'.format(std2))
print('结束')运行代码，通过读取管道内容获取命令的输出和错误信息。
subprocess.call与check系列函数
第五种方式是subprocess.call()。
该方法旨在替代os.system()，提供更灵活的控制。
subprocess.call()默认是阻塞的，直到命令执行完毕。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import subprocess
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
s1 = subprocess.call('java -version', )
print(s1)
s2 = subprocess.call('python', )
print(s2)
s3 = subprocess.call('python', timeout=3) # 超时抛出异常
print(s3)
print('结束')第六种是check_call()和check_output()。
这两个函数都会检查命令的结果码，如果结果码不是0，就会抛出异常。
check_call()函数返回命令的状态码。
check_output()函数返回命令的标准输出内容。
# -*- encoding=utf-8 -*-
import subprocess
if __name__ == '__main__':
pass
print('开始')
s1 = subprocess.check_call('java -version', )
print(s1)
s2 = subprocess.check_output('java -version', )
print(s2)
print('结束')运行代码示例，可以看到成功执行时返回状态码或输出内容。
使用call()、check_call()和check_output()时，尽量避免将参数stderr和stdout设置为subprocess.PIPE。因为这些函数默认会等待子进程完成，如果子进程产生大量输出导致管道堵塞，而父进程仍在等待子进程完成，可能会造成死锁。
以上就是Python中执行外部命令的几种常见方式及其注意事项，希望本文能帮助大家更好地掌握相关技术。
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