怎么基于Java编写一个CLI工具？-51CTO.COM

CLI

CLI，全称为命令行界面（Command Line Interface），是一种用于通过键盘输入指令与操作系统进行交互的软件机制。这种界面是在图形用户界面得到普及之前使用最为广泛的用户界面，并且，即使在当前图形用户界面广泛使用的环境下，CLI仍然有其独特的优势和广泛的应用。

对于CLI，它的一个重要特性就是效率。用户可以在一条文本命令中对多个文件执行操作，而不需要在各个窗口之间切换，节省了大量时间。此外，如果你已经熟悉了这些命令，那么你可以非常快速地浏览系统并与之交互。

构建CLI的工具很多，今天主要基于Java语言来实现，其中Apache Commons CLI框架提供了这样的便利。今天结合之前学习的graalVM提供的native-image工具，来生成一个exe类型的可执行文件，由于graalVM的跨平台性，我们还能生成各个平台的CLI命令来辅助完成更多的工作。

Apache Commons CLI是一个用于编写命令行界面的Java库。它提供了一个灵活的框架，可以很容易地定义和解析命令行参数。这个库的主要优点是它可以处理各种类型的参数，包括选项、位置参数、可选参数等。

构成

下面以native-image为例，通过在终端输入native-image --help可以看到以下信息

_> native-image --help

GraalVM Native Image (https://www.graalvm.org/native-image/)

This tool can ahead-of-time compile Java code to native executables.

Usage: native-image [options] class [imagename] [options]
           (to build an image for a class)
   or  native-image [options] -jar jarfile [imagename] [options]
           (to build an image for a jar file)
   or  native-image [options] -m <module>[/<mainclass>] [options]
       native-image [options] --module <module>[/<mainclass>] [options]
           (to build an image for a module)

where options include:

    @argument files       one or more argument files containing options
    -cp <class search path of directories and zip/jar files>
    -classpath <class search path of directories and zip/jar files>
    --class-path <class search path of directories and zip/jar files>
                          A ; separated list of directories, JAR archives,
                          and ZIP archives to search for class files.
    -p <module path>
    --module-path <module path>...
                          A ; separated list of directories, each directory
                          is a directory of modules.

一个合格的CLI基本都会提供help选项来展示，这个CLI的语法、选项以及功能描述。从上面的输出可以看到help主要包括：

介绍：主要对命令的功能的描述，包括官网、版本以及一些内在系数等
用法：包括命令语法格式、配置项、参数等信息
参数说明：具体配置项参数的说明，以及具体的功能描述

Common-CLI

定义阶段：在Java代码中定义Option参数，定义参数、是否需要输入值、简单的描述等
解析阶段：应用程序传入参数后，CLI进行解析
询问阶段：通过查询CommandLine询问进入到哪个程序分支中

定义阶段

主要是借助Option类提供的API来构建各种选项以及参数信息，下面是对应API的描述：

返回值	方法名	说明
Options	addOption(Option opt)	添加一个选项实例
Options	addOption(String opt, boolean hasArg, String description)	添加一个只包含短名称的选项
Options	addOption(String opt, String description)	添加一个只包含短名称的选项
Options	addOption(String opt, String longOpt, boolean hasArg, String description)	添加一个包含短名称和长名称的选项
Options	addOptionGroup(OptionGroup group)	添加一个选项组
List	getMatchingOptions(String opt)	获得匹配选项的长名称集合
Option	getOption(String opt)	通过长名称或短名称获得选项
OptionGroup	getOptionGroup(Option opt)	获得选项所在的选项组
Collection	getOptions()	获得一个只读的选项集合
List	getRequiredOptions()	获得必须的选项集合
boolean	hasLongOption(String opt)	判断是否存在选项
boolean	hasOption(String opt)	判断是否存在选项
boolean	hasShortOption(String opt)	判断是否存在选项

解析阶段

主要对输入参数的解析，也就是main方法的参数，默认提供下面3中语法解析的支持：

DefaultParser：提供了基础的解析功能，能解析简单的命令行参数。（比如：java -Djava.awt.headless=true -Djava.net.useSystemProxies=true Foo）
PosixParser：提供了解析POSIX形式参数的功能。（比如：tar -zxvf foo.tar.gz）
GnuParser：提供了解析长参数及Java命令中参数的功能。（比如：du --human-readable --max-depth=1）

询问阶段

基于上一步解析后，会将参数解析成CommandLine，结合Option中的配置，需要我们完成各种配置、参数匹配后的业务处理流程，类型下面这样：

if( commandLine.hasOption("help") ){
          helper.printHelp("calendar [options] \n\nwhere options include:", null, options, null, false);
          return;
      }

      if( commandLine.hasOption("version") ){
          printResult("1.0.0");
          return;
      }

解析的过程有时候会比较些复杂，示例中是针对单一选项的分支，当多个选项混合使用时，比如tar -zxvf xxx.tar.gz这样的，当然前提是我们定义的CLI支持这种风格。

示例

下面通过一个简单的示例看下如何构建一个CLI的工具：该示例的作用是按指定格式输出当前日期：

clendar -o yyyy-MM-dd

定义配置项

private static Options initOptions() {
        Options options = new Options();

        options.addOption(Option.builder("H")
                .longOpt("help")
                .desc("show help information").build());

        options.addOption(Option.builder("V")
                .longOpt("version")
                .desc("show help information").build());

        options.addOption(Option.builder("O")
                .longOpt("out")
                .hasArg(true)
                .argName("fmt") // 只是定义
                .required(false)
                .desc("configure the date output format").build());

        return options;
    }

解析参数

private static CommandLine parseArguments(Options options, String[] args){
        CommandLineParser parser = new DefaultParser();

        try {
            return parser.parse(options, args);
        } catch (ParseException e) {
            System.err.println(e.getMessage());
        }
        return null;
    }

询问阶段

private static void handleCommand(Options options, CommandLine commandLine) {
        if(ArrayUtils.isEmpty(commandLine.getOptions()) ){
            printResult("Please specify options for calendar building or use --help for more info.");
            return;
        }

        if( commandLine.hasOption("help") ){
            helper.printHelp("calendar [options] \n\nwhere options include:", null, options, null, false);
            return;
        }

        if( commandLine.hasOption("version") ){
            printResult("1.0.0");
            return;
        }

        if( commandLine.hasOption("out") ){
            String fmt = commandLine.getOptionValue("out");
            if(StringUtils.isEmpty(fmt)){
                fmt = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
            }
            printResult(DateFormatUtils.format(new Date(), fmt));
            return;
        }

        // calendar: 'x' is not a git command. See 'calendar --help'.
        helper.printHelp(String.format("calendar: '%s' is not a calendar command. See 'calendar --help'.", Arrays.toString(commandLine.getArgs())), options, false);
    }

定义程序入口：

public static void main(String[] args) {
        // 定义阶段
        Options options = initOptions();
        // 解析阶段
        CommandLine commandLine = parseArguments(options, args);
        // 询问阶段
        handleCommand(options, commandLine);
    }

打包

这里我们引入maven-assembly-plugin插件，主要帮助在打包时将依赖包一并写入jar文件，同时将入口文件定义到manifest：

<plugin>
    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
    <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
    <executions>
        <execution>
            <id>package-jar-with-dependencies</id>
            <phase>package</phase>
            <goals>
                <goal>single</goal>
            </goals>
            <configuration>
                <archive>
                    <manifest>
                        <mainClass>${main-class}</mainClass>
                    </manifest>
                </archive>
                <descriptorRefs>
                    <!-- bin,jar-with-dependencies,src,project -->
                    <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
                </descriptorRefs>
            </configuration>
        </execution>
    </executions>
</plugin>

可以直接通过maven插件或者下的命令，将上面的代码打包成jar文件

mvn clean package

测试jar

如果安装上面的配置，最终会在项目target目录输出一个以jar-with-dependencies为后缀的jar文件，通过下面的命令可以测试cli命令

java -jar ./target/calendar-jar-with-dependencies.jar -h

这样的CLI可不是我们想要的，一来需要依赖JRE的运行环境，同时调用极其不方便。

生成exe

如果你看过之前的文章，关于GraalVM的使用，按照文档下载并配置好运行环境后，可以通过下面的命令对上一步的jar文件进一步处理

native-image -jar [jar] -o [name]

native-image -jar ./target/calendar-jar-with-dependencies.jar -o calendar

通过上面的命令会生成一个calendar.exe文件，这样将其加入到环境变量后，则可以在windows平台终端上使用了

对于不喜欢直接使用命令的，当然这里也可以使用插件exec-maven-plugin，在maven生命周期package阶段，自动执行上面的命令，这样整个过程只需要执行mvn clean package即可

<plugin>
    <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
    <artifactId>exec-maven-plugin</artifactId>
    <version>3.1.0</version>
    <executions>
        <execution>
            <id>native-image-app</id>
            <phase>package</phase>
            <goals>
                <goal>exec</goal>
            </goals>
            <configuration>
                <environmentVariables>
                </environmentVariables>
                <!-- native-image -jar ./target/tool-jar-with-dependencies.jar -o tool -->
                <executable>native-image</executable>
                <arguments>
                    <argument>-jar</argument>
                    <argument>${project.basedir}/target/${project.build.finalName}-jar-with-dependencies.jar</argument>
                    <argument>-o</argument>
                    <argument>${project.build.finalName}</argument>
                </arguments>
            </configuration>
        </execution>
    </executions>
</plugin>

测试exe

在终端执行下面的命令接口看到预期的结果：

calendar.exe -O yyyy-MM-dd

总结

总的来说，Apache Commons CLI是一个非常强大的工具，可以帮助你轻松地处理命令行参数。无论你的应用程序需要处理多少个参数，或者这些参数的类型是什么， Commons CLI都可以提供帮助。