Java 9 揭秘（12. Process API 更新）

Tips 做一个终身学习的人。

在本章中，主要介绍以下内容：

Process API 由接口和类组成，用来与本地进程一起工作，使用API，可以做以下事情：

Process API由java.lang包中的以下类和接口组成：

自Java 1.0以来，支持使用本地进程。Process类的实例表示由Java程序创建的本地进程。 通过调用Runtime类的exec()方法启动一个进程。

JDK 5.0添加了ProcessBuilder类，JDK 7.0添加了ProcessBuilder.Redirect的嵌套类。 ProcessBuilder类的实例保存一个进程的一组属性。 调用其start()方法启动本地进程并返回一个表示本地进程的Process类的实例。 可以多次调用其start()方法; 每次使用ProcessBuilder实例中保存的属性启动一个新进程。 在Java 5.0中，ProcessBuilder类接管Runtime.exec()方法来启动新进程。

在Java 7和Java 8中的Process API中有一些改进，就是在Process和ProcessBuilder类中添加几个方法。

在Java 9之前，Process API仍然缺乏对使用本地进程的基本支持，例如获取进程的PID和所有者，进程的开始时间，进程使用了多少CPU时间，多少本地进程正在运行等。请注意，在Java 9之前，可以启动本地进程并使用其输入，输出和错误流。 但是，无法使用未启动的本地进程，无法查询进程的详细信息。 为了更紧密地处理本地进程，Java开发人员不得不使用Java Native Interface（JNI）来编写本地代码。 Java 9使这些非常需要的功能与本地进程配合使用。

Java 9向Process API添加了一个名为ProcessHandle的接口。 ProcessHandle接口的实例标识一个本地进程; 它允许查询进程状态并管理进程。

比较Process类和ProcessHandle接口。 Process类的一个实例表示由当前Java程序启动的本地进程，而ProcessHandle接口的实例表示本地进程，无论是由当前Java程序启动还是以其他方式启动。 在Java 9中，已经在Process类中添加了几种方法，这些方法也可以在新的ProcessHandle接口中使用。 Process类包含一个返回ProcessHandle的toHandle()方法。

ProcessHandle.Info接口的实例表示进程属性的快照。 请注意，进程由不同的操作系统不同地实现，因此它们的属性不同。 过程的状态可以随时更改，例如，当进程获得更多CPU时间时，进程使用的CPU时间增加。 要获取进程的最新信息，需要在需要时使用ProcessHandle接口的info()方法，这将返回一个新的ProcessHandle.Info实例。

本章中的所有示例都在Windows 10中运行。当使用Windows 10或其他操作系统在机器上运行这些程序时，可能会得到不同的输出。

ProcessHandle接口的current()静态方法返回当前进程的句柄。 请注意，此方法返回的当前进程始终是正在执行代码的Java进程。

获取当前进程的句柄后，可以使用ProcessHandle接口的方法获取有关进程的详细信息。

Tips 你不能杀死当前进程。 尝试通过使用ProcessHandle接口的destroy()或destroyForcibly()方法来杀死当前进程会导致IllegalStateException异常。

可以使用ProcessHandle接口中的方法来查询进程的状态。 下表列出了该接口常用的简单说明方法。 请注意，许多这些方法返回执行快照时进程状态的快照。 不过，由于进程是以异步方式创建，运行和销毁的，所以当稍后使用其属性时，所以无法保证进程仍然处于相同的状态。

下表列出ProcessHandle.Info嵌套接口的方法和描述。 此接口的实例包含有关进程的快照信息。 可以使用ProcessHandle接口或Process类的info()方法获取ProcessHandle.Info。 接口中的所有方法都返回一个Optional。

现在是时候看到ProcessHandle和ProcessHandle.Info接口的实际用法。 本章中的所有类都在com.jdojo.process.api模块中，其声明如下所示。

接下来包含CurrentProcessInfo类的代码。 它的printInfo()方法将ProcessHandle作为参数，并打印进程的详细信息。 我们还在其他示例中使用此方法打印进程的详细信息。main()方法获取运行进程的当前进程的句柄，这是一个Java进程，并打印其详细信息。 你可能会得到不同的输出。 以下是当程序在Windows 10上运行时生成输出。

打印输出为：

比较两个进程是否相等等或顺序是否相同是棘手的。 不能依赖PID来处理相同的进程。 操作系统在进程终止后重用PID。 可以与PID一起检查流程的开始时间；如果两者相同，则两个过程可能相同。 ProcessHandle接口的默认实现的equals()方法检查以下三个信息，以使两个进程相等：

Tips 在ProcessHandle接口中使用compareTo()方法的默认实现对于排序来说并不是很有用。 它比较了两个进程的PID。

需要使用ProcessBuilder类的实例来启动一个新进程。 该类包含几个方法来设置进程的属性。 调用start()方法启动一个新进程。 start()方法返回一个Process对象，可以使用它来处理进程的输入，输出和错误流。 以下代码段创建一个ProcessBuilder在Windows上启动JVM：

有两种方法来设置这个新进程的命令和参数：

没有参数的command()方法返回在ProcessBuilder中命令的设置的。 带有参数的其他版本 —— 一个带有一个String的可变参数，一个带有List的版本，都用于设置命令和参数。 该方法的第一个参数是命令路径，其余的是命令的参数。

新进程有自己的输入，输出和错误流。 inheritIO()方法将新进程的输入，输出和错误流设置为与当前进程相同。 ProcessBuilder类中有几个redirectXxx()方法可以为新进程定制标准I/O，例如将标准错误流设置为文件，因此所有错误都会记录到文件中。 配置进程的所有属性后，可以调用start()来启动进程：

可以多次调用ProcessBuilder类的start()方法来启动与之前保持的相同属性的多个进程。 这具有性能优势，可以创建一个ProcessBuilder实例，并重复使用它来多次启动相同的进程。

可以使用Process类的toHandle()方法获取进程的进程句柄：

可以使用进程句柄来销毁进程，等待进程完成，或查询进程的状态和属性，如其子进程，后代，父进程，使用的CPU时间等。有关进程的信息，对进程的控制取决于操作系统访问控制。

创建可以在所有操作系统上运行的进程都很棘手。 可以创建一个新进程启动新的JVM来运行一个类。

如下包含一个Job类的代码。 它的main()方法需要两个参数：睡眠间隔和睡眠持续时间（以秒为单位）。 如果没有参数传递，该方法将使用5秒和60秒作为默认值。 在第一部分中，该方法尝试提取第一个和第二个参数（如果指定）。 在第二部分中，它使用ProcessHandle.current()方法获取当前进程执行此方法的进程句柄。 它读取当前进程的PID并打印包括PID，睡眠间隔和睡眠持续时间的消息。 最后，它开始一个for循环，并持续休眠睡眠间隔，直到达到睡眠持续时间。 在循环的每次迭代中，它打印一条消息。

Job类包含一个启动新进程的startProcess(long sleepInterval，long sleepDuration)方法。 它以Job类作为主类启动一个JVM。 将睡眠间隔和持续时间作为参数传递给JVM。 该方法尝试构建一个从JDK_HOME\bin目录下启动java的命令。 如果Job类被加载到一个命名的模块中，它将生成一个如下命令：

如果Job类被加载到一个未命名的模块中，它将尝试构建如下命令：

startProcess()方法打印用于启动进程的命令，尝试启动进程，并返回进程引用。

addJvmPath()方法将JVM路径添加到命令列表中。 它尝试获取当前JVM进程的命令作为新进程的JVM路径。 如果它不可用，将尝试从java.home系统属性构建它。

Job类包含几个实用程序方法，用于构成命令的一部分并解析参数并传递给main()方法。 具体请参考Javadoc的说明。

如果要启动一个新进程，运行15秒钟并且每5秒钟唤醒，可以使用Job类的startProcess()方法：

可以使用CurrentProcessInfo类的printInfo()方法来打印进程细节：

当进程终止时，可以使用ProcessHandle的onExit()方法的返回值来运行任务。

可以等待新进程终止：

在这个例子中，future.get()返回进程的ProcessHandle。 没有使用返回值，因为已经在handle变量中。

下面包含了StartProcessTest类的代码，它显示了如何使用Job类创建一个新进程。 在main()方法中，它创建一个新进程，打印进程详细信息，向进程添加关闭任务，等待进程终止，并再次打印进程细节。 请注意，该进程运行15秒，但它仅使用0.359375秒的CPU时间，因为大多数时间进程的主线程正在休眠。 以下输入结果当程序在Windows 10上运行时生成输出。

输出结果为：

有几种方法来获取本地进程的句柄。 对于由Java代码创建的进程，可以使用Process类的toHandle()方法获取一个ProcessHandle。 本地进程也可以从JVM外部创建。 ProcessHandle接口包含以下方法来获取本地进程的句柄：

of()静态方法返回指定pid的Optional。 如果没有此pid的进程，则返回一个空Optional。 要使用此方法，需要知道进程的PID：

静态current()方法返回当前进程的句柄，它始终是执行代码的Java进程。

parent()方法返回父进程的句柄。 如果进程没有父进程或父进程无法检索，则返回一个空Optional。

children()方法返回进程的所有直接子进程的快照。 不能保证此方法返回的进程仍然存在。 请注意，一个不存在的进程没有子进程。

descendants()方法返回直接或间接进程的所有子进程的快照。

allProcesses()方法返回对此进程可见的所有进程的快照。 不保证流在流处理时包含操作系统中的所有进程。

获取快照后，进程可能已被终止或创建。 以下代码段打印按其PID排序的所有进程的PID：

可以为所有运行的进程计算不同类型的统计信息。 还可以在Java中创建一个任务管理器，显示一个UI，显示所有正在运行的进程及其属性。 下面代码显示了如何获得运行时间最长的进程细节以及最多使用CPU时间的进程。 比较了进程的开始时间，以获得最长的运行进程和总CPU持续时间，以获得使用CPU时间最多的进程。 你可能会得到不同的输出。 代码在Windows 10上运行程序时，得到了这个输出。

输出结果为：

可以使用ProcessHandle接口和Process类的destroy()或destroyForcibly()方法终止进程。 如果终止进程的请求成功，则两个方法都返回true，否则返回false。 destroy()方法请求正常终止，而destroyForcibly()方法请求强制终止。 在执行终止进程的请求后，isAlive()方法可以在短时间内返回true。

Tips 无法终止当前进程。 调用当前进程中的destroy()或destroyForcibly()方法会引发IllegalStateException异常。 操作系统访问控制可能会阻止进程终止。

一个进程的正常终止让进程彻底终止。 强制终止流程将立即终止流程。 进程是否正常终止是依赖于实现的。 可以使用ProcessHandle接口的supportsNormalTermination()方法和Process类来检查进程是否支持正常终止。 如果进程支持正常终止，该方法返回true，否则返回false。

调用这些方法来终止已经被终止的进程导致没有任何操作。 当进程结束后，Process类的onExit()返CompletableFuture，ProcessHandle接口的onExit()方法返回CompletableFuture。

运行上一节中的示例时，认为没有安装Java安全管理器。 如果安装了安全管理器，则需要授予适当的权限才能启动，管理和查询本地进程：

下面包含一个获取进程计数并创建新进程的程序。 它重复这两个任务，一个任务没有安全管理员权限，而另一个任务有安全管理员权限。

假设没有更改任何Java策略文件，请尝试使用以下命令运行ManageProcessPermission类：

输出结果为：

你可能会得到不同的输出。 输出表示可以在安装安全管理器之前获取进程计数并创建新进程。 安装安全管理器后，Java运行时会在请求进程计数和创建新进程时抛出异常。 要解决此问题，需要授予以下四个权限：

如下包含一个脚本，将这四个权限授予所有代码。 需要将此脚本添加到计算机上的JDK_HOME\conf\security\java.policy文件中。 Java启动器的路径是C:\java9\bin\java.exe，只有在C:\java9目录中安装了JDK 9，才在Windows上有效。 对于所有其他平台和JDK安装，请修改此路径以指向计算机上正确的Java启动器。

如果使用相同的命令再次运行ManageProcessPermission类，则应该获得类似于以下内容的输出：

Process API由使用本地进程的类和接口组成。 Java SE从版本1.0通过运行时和进程类提供了Process API。 它允许创建新的本地进程，管理其I/O流并销毁它们。 Java SE的更新版本改进了API。 直到Java 9，开发人员必须诉诸编写本地代码来获取基本信息，例如进程的ID，用于启动进程的命令等。Java 9添加了一个名为ProcessHandle的接口，表示进程句柄。 可以使用进程句柄来查询和管理本地进程。

以下类和接口组成了Process API：Runtime，ProcessBuilder，ProcessBuilder.Redirect，Process，ProcessHandle和ProcessHandle.Info。

Runtime类的exec()方法用于启动本地进程。

ProcessBuilder类的start()方法是优先于Runtime类的exec()方法来启动进程。 ProcessBuilder.Redirect类的实例表示进程的进程输入源或进程的目标输出。

Process类的实例表示由Java程序创建的本地进程。

ProcessHandle接口的实例表示由Java程序或其他方式创建的进程。它在Java 9中添加，并提供了几种方法来查询和管理进程。 ProcessHandle.Info接口的实例表示进程的快照信息; 它可以使用Process类或ProcessHandle接口的info()方法获得。 如果有一个进程实例，使用它的toHandle()方法获得一个ProcessHandle。

ProcessHandle接口的onExit()方法返回一个用于终止进程的CompletableFuture。 可以使用返回的对象来添加在进程终止时执行的任务。 请注意，不能在当前进程中使用此方法。

如果安装了一个安全管理器，则应用程序需要有一个“manageProcess”运行时权限来查询和管理本地进程，并在Java代码启动的进程的命令文件上“execute” 文件权限。