Java 调用 manim 命令 执行代码 生成封面

1. 项目背景与整体思路

本项目主要用于接收客户端提交的 Manim 脚本代码，通过 Java 程序调用 Manim 渲染工具执行该脚本，生成视频封面图片。整体流程如下：

1. 请求接收
   HTTP 请求发送包含 Manim 脚本代码到后端。后端控制器（Handler）接收请求，并调用服务层处理代码执行任务。

2. 代码保存与执行
   服务层将接收到的脚本代码保存为 Python 文件，并使用 manim 命令调用 Manim 渲染器执行该脚本。执行过程中同时将命令行的标准输出与错误输出重定向至日志文件，以便后续调试。

3. 结果返回
   执行结束后，将日志信息和生成的封面图片的路径封装成 JSON 对象返回给客户端。

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2. 核心代码说明

2.1. ManimImageHandler 类

该类作为 HTTP 请求的入口，主要功能包括：

• 接收请求：通过 request.getBodyString() 获取客户端提交的 Python 脚本代码。
• 调用服务层：调用 ManimImageService.executeCode(code) 方法处理代码的保存和执行任务。
• 返回结果：将执行结果（包括标准输出、错误输出、任务编号以及图片路径）以 JSON 格式返回，并支持跨域访问（CORS）。

下面是完整代码：

package com.litongjava.linux.handler;

import com.litongjava.jfinal.aop.Aop;
import com.litongjava.linux.ProcessResult;
import com.litongjava.linux.service.ManimImageService;
import com.litongjava.tio.boot.http.TioRequestContext;
import com.litongjava.tio.http.common.HttpRequest;
import com.litongjava.tio.http.common.HttpResponse;
import com.litongjava.tio.http.server.util.CORSUtils;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class ManimImageHandler {
  ManimImageService manimService = Aop.get(ManimImageService.class);

  public HttpResponse index(HttpRequest request) {
    HttpResponse response = TioRequestContext.getResponse();
    CORSUtils.enableCORS(response);

    String code = request.getBodyString();

    try {
      ProcessResult executeScript = manimService.executeCode(code);
      if (executeScript != null) {
        response.setJson(executeScript);
      }
    } catch (Exception e) {
      log.error(e.getMessage(), e);
      response.setStatus(500);
      response.setString(e.getMessage());
    }
    return response;
  }

}

说明：

• TioRequestContext.getResponse() 获取当前请求的响应对象；
• CORSUtils.enableCORS(response) 用于设置跨域访问，确保前端可跨域调用；
• 获取请求体中的代码后，调用服务层的 executeCode 方法执行代码，并将结果包装成 JSON 返回。

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2.2. ManimImageService 类

该类主要负责以下工作：

1. 文件保存

   • 根据生成的唯一任务 ID（通过雪花算法获得）在 scripts/ 目录下创建一个文件夹；
   • 将接收到的 Python 脚本代码写入到以任务 ID 命名的 .py 文件中。

2. 脚本执行

   • 利用 ProcessBuilder 调用 manim -s -qh --format=png 命令执行脚本；
   • 设置环境变量 PYTHONIOENCODING 为 utf-8 确保输出编码正确；
   • 将执行过程的标准输出和错误输出分别重定向到 stdout.log 和 stderr.log 文件。

3. 结果处理

   • 读取日志文件内容，封装到 ProcessResult 对象中；
   • 根据执行脚本生成的图片所在目录（如 media/images/{任务ID}）遍历查找 PNG 图片，并设置图片的路径。

下面是完整代码：

package com.litongjava.linux.service;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.Files;

import com.litongjava.linux.ProcessResult;
import com.litongjava.tio.utils.hutool.FileUtil;
import com.litongjava.tio.utils.snowflake.SnowflakeIdUtils;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class ManimImageService {

  public ProcessResult executeCode(String code) throws IOException, InterruptedException {
    long id = SnowflakeIdUtils.id();

    String folder = "scripts" + File.separator + id;
    File fileFolder = new File(folder);
    if (!fileFolder.exists()) {
      fileFolder.mkdirs();
    }
    String scriptPath = folder + File.separator + id + ".py";
    FileUtil.writeString(code, scriptPath, StandardCharsets.UTF_8.toString());
    String imageFolder = "media" + File.separator + "images" + File.separator + id;
    log.info("imageFolder:{}", imageFolder);
    // 执行脚本
    ProcessResult execute = execute(scriptPath);
    execute.setTaskId(id);
    File imageFolderFile = new File(imageFolder);
    File[] listFiles = imageFolderFile.listFiles();
    log.info("listFiles length:{}", listFiles.length);
    for (File file : listFiles) {
      if (file.getName().endsWith(".png")) {
        String name = file.getName();
        String filePath = imageFolder + File.separator + name;
        String newFilePath = filePath.replace("\\", "/");
        execute.setOutput("/" + newFilePath);
      }
    }
    return execute;
  }

  public static ProcessResult execute(String scriptPath) throws IOException, InterruptedException {
    String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
    log.info("osName: {} scriptPath: {}", osName, scriptPath);
    ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("manim", "-s", "-qh", "--format=png", scriptPath);
    pb.environment().put("PYTHONIOENCODING", "utf-8");

    // 获取脚本所在目录
    File scriptFile = new File(scriptPath);
    File scriptDir = scriptFile.getParentFile();
    if (scriptDir != null && !scriptDir.exists()) {
      scriptDir.mkdirs();
    }

    // 定义日志文件路径，存放在与 scriptPath 相同的目录
    File stdoutFile = new File(scriptDir, "stdout.log");
    File stderrFile = new File(scriptDir, "stderr.log");

    // 将输出和错误流重定向到对应的日志文件
    pb.redirectOutput(stdoutFile);
    pb.redirectError(stderrFile);

    Process process = pb.start();
    int exitCode = process.waitFor();

    // 读取日志文件内容，返回给客户端（如果需要实时返回，可用其他方案监控文件变化）
    String stdoutContent = new String(Files.readAllBytes(stdoutFile.toPath()), StandardCharsets.UTF_8);
    String stderrContent = new String(Files.readAllBytes(stderrFile.toPath()), StandardCharsets.UTF_8);

    ProcessResult result = new ProcessResult();
    result.setExitCode(exitCode);
    result.setStdOut(stdoutContent);
    result.setStdErr(stderrContent);

    return result;
  }
}

说明：

• 任务 ID 生成：使用 SnowflakeIdUtils.id() 生成全局唯一 ID，确保每个任务的脚本和生成的图片存放在独立目录中。
• 文件操作：通过 FileUtil.writeString 将接收到的代码写入文件；确保相关目录存在，否则创建目录。
• ProcessBuilder 配置：
  • 设置执行命令为 manim -s -qh --format=png scriptPath；
  • 配置环境变量 PYTHONIOENCODING 为 utf-8，避免输出编码问题；
  • 将标准输出和错误输出分别重定向到日志文件 stdout.log 和 stderr.log，方便后续排查问题。
• 图片查找与路径设置：在 media/images/{任务ID} 目录下查找以 .png 后缀的文件，并设置路径到 ProcessResult 对象中，以便客户端可以直接访问生成的封面图片。

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2.3. 执行结果示例

执行脚本完成后，最终返回的 JSON 格式结果如下所示，其中 output 字段即为生成封面图片的相对路径：

{
  "output": "/media/images/501219237140631552/Main_ManimCE_v0.19.0.png"
}

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3. 总结

本文档详细阐述了如何在 Java 项目中调用 Manim 命令执行 Python 代码，生成视频封面。整个流程包括：

• 前端请求中提交 Manim 脚本代码；
• 后端 Handler 接收请求并调用 Service 执行代码；
• Service 层将代码写入文件、执行 Manim 命令，并将生成的 PNG 图片路径返回；
• 通过日志文件记录标准输出与错误输出，方便问题排查。

所有代码均未省略，并且每个部分均附有详细的说明和解释，方便读者理解各个环节的作用及实现原理。