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使用 Node.js 子进程与 Python 脚本交互：解决数据传递问题

聖光之護

发布： 2025-09-11 17:52:01

原创

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使用 node.js 子进程与 python 脚本交互：解决数据传递问题

本文旨在解决在使用 Node.js 的 child_process.spawn 方法调用 Python 脚本，并在异步函数中处理数据时遇到的常见问题。我们将详细介绍如何正确地传递数据给 Python 脚本，并从 Python 脚本中获取结果，确保在 MERN 栈应用中顺利集成 Python 机器学习算法。主要内容包括文件路径问题、数据序列化与反序列化、以及异步函数中的正确使用方法。

理解 child_process.spawn

child_process.spawn 是 Node.js 中用于创建子进程的强大工具。它允许你执行外部命令，例如运行 Python 脚本，并与其进行数据交互。

问题分析：数据为空的原因

在异步函数（如 async 函数）中使用 child_process.spawn 时，常见的问题是接收到的数据为空。这通常由以下几个原因导致：

文件路径错误：Node.js 可能无法找到 Python 脚本。
数据序列化/反序列化问题：传递给 Python 脚本的数据格式不正确，或者从 Python 脚本返回的数据无法被 Node.js 正确解析。
异步操作处理不当：在异步函数中，数据可能在子进程完成之前就被处理，导致数据为空。

解决方案

以下是一个完整的解决方案，包括代码示例和详细解释。

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1. 确保 Python 脚本路径正确

这是最常见的问题。确保 Node.js 能够找到你的 Python 脚本。建议使用绝对路径或相对于 Node.js 脚本的相对路径。

const { spawn } = require("child_process");
const path = require('path');

const pythonScriptPath = path.join(__dirname, '..', 'python', 'model.py'); // 假设 model.py 在上一级目录的 python 文件夹下
const python = spawn('python', [pythonScriptPath]);

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注意: 使用 path.join 可以确保跨平台兼容性。

2. 数据序列化与反序列化

Node.js 和 Python 之间的数据交换通常需要序列化和反序列化。JSON 是一种常用的格式。

Node.js (发送数据):

const createSchedule = async (req, res) => {
    const { spawn } = require("child_process");
    const path = require('path');
    const pythonScriptPath = path.join(__dirname, '..', 'python', 'model.py'); // 假设 model.py 在上一级目录的 python 文件夹下
    const python = spawn('python', [pythonScriptPath]);
    const buffers = [];

    python.stdout.on('data', (chunk) => buffers.push(chunk));
    python.stdout.on('end', () => {
        console.log(buffers)
        if (buffers.length > 0) {
            try {
                const result = JSON.parse(Buffer.concat(buffers).toString());
                console.log('Python process exited, result:', result);
                res.status(200).json(result);
            } catch (error) {
                console.error("Error parsing JSON:", error);
                res.status(500).json({ error: "Failed to parse Python output" });
            }

        } else {
            console.log('Python process exited with no output');
            res.status(400).json({ error: "Python script returned no output" })
        }
    });

    python.stderr.on('data', (data) => {
        console.error(`Python script error: ${data}`);
    });

    let num_tas = 5
    let num_days = 6
    let num_slots = 5
    let num_courses = 3
    let num_tutorialGroups = 5

    // 5
    let taCourseAssignment = [
        [9, 6, 0],
        [3, 6, 0],
        [3, 0, 12],
        [9, 0, 0],
        [6, 0, 6]
    ]
    console.log(taCourseAssignment)

    // 6
    let taDayOffPreference = [
        [6, 5, 3, 4, 2, 1],
        [1, 2, 6, 5, 4, 3],
        [1, 2, 3, 4, 5, 6],
        [1, 2, 3, 6, 4, 5],
        [6, 1, 5, 4, 3, 2],
    ]

    // 7
    let sessionNumberPreference = [
        [2, 2, 2, 2, 2, 2],
        [2, 2, 2, 2, 2, 2],
        [0, 2, 2, 2, 2, 2],
        [0, 0, 0, 0, 0],
        [0, 0, 0, 0, 0],
    ]

    // 8
    let schedule = [
        // sat
        [[[1, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[1, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 1, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[1, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
        // sun
        [[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 1, 1], [0, 0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0, 0]],
        [[0, 1, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
        // mon
        [[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
        // tue
        [[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
        // wed
        [[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 1, 1], [0, 0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0, 0]],
        [[0, 1, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
        // thu
        [[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 1, 1], [0, 0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0, 0]],
        [[0, 1, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]],
        [[0, 0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 1]],
        [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]]
        ],
    ]

    python.stdin.write(JSON.stringify([num_tas, num_days, num_slots, num_courses, num_tutorialGroups, taCourseAssignment, taDayOffPreference, sessionNumberPreference, schedule]));
    python.stdin.end()
}

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Python (接收和发送数据):

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import sys
import json

# 读取 Node.js 传递的数据
data = json.loads(sys.stdin.read())

num_tas, num_days, num_slots, num_courses, num_tutorialGroups, taCourseAssignment, taDayOffPreference, sessionNumberPreference, schedule = data

# 在这里执行你的机器学习算法
result = {"message": "Hello from Python!", "data": data} # 示例结果

# 将结果序列化为 JSON 并发送回 Node.js
print(json.dumps(result))
sys.stdout.flush()

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注意:

在 Python 中，使用 sys.stdin.read() 读取所有输入数据。
使用 json.dumps() 将 Python 对象序列化为 JSON 字符串。
使用 sys.stdout.flush() 确保数据被立即发送到 Node.js。
在 Node.js 中，使用 Buffer.concat(buffers).toString() 将缓冲区数据转换为字符串，然后使用 JSON.parse() 将其解析为 JavaScript 对象。

3. 错误处理

添加错误处理可以帮助你诊断问题。

Node.js:

python.stderr.on('data', (data) => {
    console.error(`Python script error: ${data}`);
});

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Python:

import traceback
import sys

try:
    # 你的代码
    pass
except Exception as e:
    traceback.print_exc()
    sys.exit(1)

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4. 异步函数中的正确使用

确保你在 stdout.on('end', ...) 中处理数据，因为这是 Python 脚本执行完毕并返回数据的时间点。

完整示例

Node.js:

const { spawn } = require("child_process");
const path = require('path');

const createSchedule = async (req, res) => {
    const pythonScriptPath = path.join(__dirname, '..', 'python', 'model.py');
    const python = spawn('python', [pythonScriptPath]);
    const buffers = [];

    python.stdout.on('data', (chunk) => buffers.push(chunk));

    python.stdout.on('end', () => {
        if (buffers.length > 0) {
            try {
                const result = JSON.parse(Buffer.concat(buffers).toString());
                console.log('Python process exited, result:', result);
                res.status(200).json(result);
            } catch (error) {
                console.error("Error parsing JSON:", error);
                res.status(500).json({ error: "Failed to parse Python output" });
            }
        } else {
            console.log('Python process exited with no output');
            res.status(400).json({ error: "Python script returned no output" });
        }
    });

    python.stderr.on('data', (data) => {
        console.error(`Python script error: ${data}`);
    });

    // 示例数据
    const dataToSend = { message: "Hello from Node.js!" };

    python.stdin.write(JSON.stringify(dataToSend));
    python.stdin.end();
};

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Python:

import sys
import json

try:
    data = json.loads(sys.stdin.read())
    print(json.dumps({"message": "Hello from Python!", "received": data}))
    sys.stdout.flush()
except Exception as e:
    import traceback
    traceback.print_exc()
    sys.exit(1)

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