Java 借助ImageMagic实现图片编辑服务

java原生对于图片的编辑处理并没有特别友好,而且问题也有不少,那么作为一个java后端,如果要提供图片的编辑服务可以怎么办?也得想办法去支持业务需求,本片博文基于此进行展开

I. 调研

首先最容易想到的就是目前是不是已经有了相关的开源库,直接用不就很high了嘛,git上搜一下

1. thumbnailator

差不多四年都没有更新了,基于awt进行图片的编辑处理,目前提供了基本的图片编辑接口,开始用了一段时间,有几个绕不够去的坑,所以最后放弃了

使用姿势:

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<dependency>
<groupId>net.coobird</groupId>
<artifactId>thumbnailator</artifactId>
<version>0.4.8</version>
</dependency>

一个使用case:

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BufferedImage originalImage = ImageIO.read(new File("original.jpg"));

BufferedImage thumbnail = Thumbnails.of(originalImage)
.size(200, 200)
.rotate(90)
.asBufferedImage();

问题说明:

  • jpg图片编辑后,输出图片变红的问题(详情参考:兼容ImageIO读取jpeg图片变红
  • 图片精度丢失(对于精度要求较高的场景下,直接使用Jdk的BufferedImage会丢失精度)

上面两个问题中,第二个精度丢失在某些对图片质量有要求的场景下比较严重,如果业务场景没那么将就的话,用这个库还是可以减少很多事情的,下面基于ImageMagic的接口设计,很大程度上参考了该工程的使用规范,因为使用起来(+阅读)确实特别顺畅

2. simpleimage

阿里的开源库,文档极其欠缺,而且良久没有人维护,没有实际使用过,感觉属于玩票的性质(个人猜测是KPI为导向下的产物)

如果想造轮子的话,参考它的源码,某些图片的处理方案还是不错的

3. imagemagic + im4java

ImageMagic/GraphicMagic 是c++的图象处理软件,很多服务基于此来搭建图片处理服务的

  • 优点:稳定、性能高、支持接口多、开箱即用、靠谱
  • 缺点:得提前配置环境,基本上改造不动,内部有问题也没辙

这个方法也是下面的主要讲述重点,放弃Thumbnailator选择imagemagic的原因如下:

  • 支持更多的服务功能(比Thumbnailator多很多的接口)
  • 没有精度丢失问题
  • 没有图片失真问题(颜色变化,alpha值变化问题)

II. 环境准备

首先得安装ImageMagic环境,有不少的第三方依赖,下面提供linux和mac的安装过程

1. linux安装过程

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# 依赖安装
yum install libjpeg-devel
yum install libpng-devel
yum install libwebp-devel


## 也可以使用源码方式安装
安装jpeg 包 `wget ftp://223.202.54.10/pub/web/php/libjpeg-6b.tar.gz`
安装webp 包 `wget http://www.imagemagick.org/download/delegates/libwebp-0.5.1.tar.gz`
安装png 包 `wget http://www.imagemagick.org/download/delegates/libpng-1.6.24.tar.gz`


## 下载并安装ImageMagic
wget http://www.imagemagick.org/download/ImageMagick.tar.gz

tar -zxvf ImageMagick.tar.gz
cd ImageMagick-7.0.7-28
./configure; sudo make; sudo make install

安装完毕之后,进行测试

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$ convert --version

Version: ImageMagick 7.0.7-28 Q16 x86_64 2018-04-17 http://www.imagemagick.org
Copyright: © 1999-2018 ImageMagick Studio LLC
License: http://www.imagemagick.org/script/license.php
Features: Cipher DPC HDRI OpenMP
Delegates (built-in): fontconfig freetype jng jpeg lzma png webp x xml zlib

2. mac安装过程

依赖安装

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sudo brew install jpeg
sudo brew install libpng
sudo brew install libwebp
sudo brew install GraphicsMagick
sudo brew install ImageMagick

源码安装方式与上面一致

3. 问题及修复

如果安装完毕之后,可能会出现下面的问题

提示找不到png依赖:

执行 convert 提示linux shared libraries 不包含某个库

  • 临时方案:export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
  • 永久方案:

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    vi /etc/ld.so.conf
    在这个文件里加入:/usr/local/lib 来指明共享库的搜索位置
    然后再执行/sbin/ldconf

4. 常见Convert命令

imagemagic的场景使用命令如下

裁图

  • convert test.jpg -crop 640x960+0+0 output.jpg

旋转

  • convert test.jpg -rotate 90 output.jpg

缩放

  • convert test.jpg -resize 200x200 output.jpg

强制宽高缩放

  • convert test.jpg -resize 200x200! output.jpg

缩略图

  • convert -thumbnail 200x300 test.jpg thumb.jpg

上下翻转:

  • convert -flip foo.png bar.png

左右翻转:

  • convert -flop foo.png bar.png

水印:

  • composite -gravity northwest -dissolve 100 -geometry +0+0 water.png temp.jpg out.jpg

添加边框 :

  • convert -border 6x6 -bordercolor “#ffffff” test.jpg bord.jpg

去除边框 :

  • convert -thumbnail 200x300 test.jpg thumb.jpg

III. 接口设计与实现

java调用ImageMagic的方式有两种,一个是基于命令行的,一种是基于JNI的,我们选则im4java来操作imagemagic的接口(基于命令行的操作)

目标:

对外的使用姿势尽可能如 Thumbnailtor,采用builder模式来设置参数,支持多种输入输出

1. im4java使用姿势

几个简单的case,演示下如何使用im4java实现图片的操作

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IMOperation op = new IMOperation();

// 裁剪
op.crop(operate.getWidth(), operate.getHeight(), operate.getX(), operate.getY());


// 旋转
op.rotate(rotate);


// 压缩
op.resize(operate.getWidth(), operate.getHeight());
op.quality(operate.getQuality().doubleValue()); // 精度


// 翻转
op.flip();

// 镜像
op.flop();

// 水印
op.geometry(operate.getWidth(), operate.getHeight(), operate.getX(), operate.getY()).composite();

// 边框
op.border(operate.getWidth(), operate.getHeight()).bordercolor(operate.getColor());


// 原始命令方式添加
op.addRawArgs("-resize", "!100x200");


// 添加原始图片地址
op.addImage(sourceFilename);
// 目标图片地址
op.addImage(outputFilename);


/** 传true到构造函数中,则表示使用GraphicMagic, 裁图时,图片大小会变 */
ConvertCmd convert = new ConvertCmd();
convert.run(op);

2. 使用姿势

在具体的设计接口之前,不妨先看一下最终的使用姿势,然后逆向的再看是如何设计的

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private static final String localFile = "blogInfoV2.png";


/**
* 复合操作
*/
@Test
public void testOperate() {
BufferedImage img;
try {
img = ImgWrapper.of(localFile)
.board(10, 10, "red")
.flip()
.rotate(180)
.crop(0, 0, 1200, 500)
.asImg();
System.out.println("--- " + img);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

上面这个方法,演示了图片的多个操作,首先是加个红色边框,然后翻转,然后旋转180°,再裁剪输出图片

所以这个封装,肯定是使用了Builder模式了,接下来看下配置参数

3. 接口设计

首先确定目前支持的几个方法:OperateType

其次就是相关的配置参数: Operate<T>

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@Data
public static class Operate<T> {
/**
* 操作类型
*/
private OperateType operateType;

/**
* 裁剪宽; 缩放宽
*/
private Integer width;
/**
* 高
*/
private Integer height;
/**
* 裁剪时,起始 x
*/
private Integer x;
/**
* 裁剪时,起始y
*/
private Integer y;
/**
* 旋转角度
*/
private Double rotate;

/**
* 按照整体的缩放参数, 1 表示不变, 和裁剪一起使用
*/
private Double radio;

/**
* 图片精度, 1 - 100
*/
private Integer quality;

/**
* 颜色 (添加边框中的颜色; 去除图片中某颜色)
*/
private String color;

/**
* 水印图片, 可以为图片名, uri, 或者inputstream
*/
private T water;

/**
* 水印图片的类型
*/
private String waterImgType;

/**
* 强制按照给定的参数进行压缩
*/
private boolean forceScale;


public boolean valid() {
switch (operateType) {
case CROP:
return width != null && height != null && x != null && y != null;
case SCALE:
return width != null || height != null || radio != null;
case ROTATE:
return rotate != null;
case WATER:
// 暂时不支持水印操作
return water != null;
case BOARD:
if (width == null) {
width = 3;
}
if (height == null) {
height = 3;
}
if (color == null) {
color = "#ffffff";
}
case FLIP:
case FLOP:
return true;
default:
return false;
}
}

/**
* 获取水印图片的路径
*
* @return
*/
public String getWaterFilename() throws ImgOperateException {
try {
return FileWriteUtil.saveFile(water, waterImgType).getAbsFile();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}


public enum OperateType {
/**
* 裁剪
*/
CROP,
/**
* 缩放
*/
SCALE,
/**
* 旋转
*/
ROTATE,
/**
* 水印
*/
WATER,

/**
* 上下翻转
*/
FLIP,

/**
* 水平翻转
*/
FLOP,
/**
* 添加边框
*/
BOARD;
}

4. Builder实现

简化使用成本,因此针对图片裁剪、旋转等接口,封装了更友好的接口方式

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public static class Builder<T> {
private T sourceFile;

/**
* 图片类型 JPEG, PNG, GIF ...
* <p>
* 默认为jpg图片
*/
private String outputFormat = "jpg";

private List<Operate> operates = new ArrayList<>();

public Builder(T sourceFile) {
this.sourceFile = sourceFile;
}


private static Builder<String> ofString(String str) {
return new Builder<String>(ImgWrapper.class.getClassLoader().getResource(str).getFile());
}


private static Builder<URI> ofUrl(URI url) {
return new Builder<URI>(url);
}

private static Builder<InputStream> ofStream(InputStream stream) {
return new Builder<InputStream>(stream);
}


/**
* 设置输出的文件格式
*
* @param format
* @return
*/
public Builder<T> setOutputFormat(String format) {
this.outputFormat = format;
return this;
}


private void updateOutputFormat(String originType) {
if (this.outputFormat != null || originType == null) {
return;
}

int index = originType.lastIndexOf(".");
if (index <= 0) {
return;
}
this.outputFormat = originType.substring(index + 1);
}

/**
* 缩放
*
* @param width
* @param height
* @return
*/
public Builder<T> scale(Integer width, Integer height, Integer quality) {
return scale(width, height, quality, false);
}


public Builder<T> scale(Integer width, Integer height, Integer quality, boolean forceScale) {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.SCALE);
operate.setWidth(width);
operate.setHeight(height);
operate.setQuality(quality);
operate.setForceScale(forceScale);
operates.add(operate);
return this;
}

/**
* 按照比例进行缩放
*
* @param radio 1.0 表示不缩放, 0.5 缩放为一半
* @return
*/
public Builder<T> scale(Double radio, Integer quality) {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.SCALE);
operate.setRadio(radio);
operate.setQuality(quality);
operates.add(operate);
return this;
}


/**
* 裁剪
*
* @param x
* @param y
* @param width
* @param height
* @return
*/
public Builder<T> crop(int x, int y, int width, int height) {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.CROP);
operate.setWidth(width);
operate.setHeight(height);
operate.setX(x);
operate.setY(y);
operates.add(operate);
return this;
}


/**
* 旋转
*
* @param rotate
* @return
*/
public Builder<T> rotate(double rotate) {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.ROTATE);
operate.setRotate(rotate);
operates.add(operate);
return this;
}

/**
* 上下翻转
*
* @return
*/
public Builder<T> flip() {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.FLIP);
operates.add(operate);
return this;
}

/**
* 左右翻转,即镜像
*
* @return
*/
public Builder<T> flop() {
Operate operate = new Operate();
operate.setOperateType(OperateType.FLOP);
operates.add(operate);
return this;
}

/**
* 添加边框
*
* @param width 边框的宽
* @param height 边框的高
* @param color 边框的填充色
* @return
*/
public Builder<T> board(Integer width, Integer height, String color) {
Operate args = new Operate();
args.setOperateType(OperateType.BOARD);
args.setWidth(width);
args.setHeight(height);
args.setColor(color);
operates.add(args);
return this;
}

/**
* 添加水印
*
* @param water 水印的源图片 (默认为png格式)
* @param x 添加到目标图片的x坐标
* @param y 添加到目标图片的y坐标
* @param <U>
* @return
*/
public <U> Builder<T> water(U water, int x, int y) {
return water(water, "png", x, y);
}

/**
* 添加水印
*
* @param water
* @param imgType 水印图片的类型; 当传入的为inputStream时, 此参数才有意义
* @param x
* @param y
* @param <U>
* @return
*/
public <U> Builder<T> water(U water, String imgType, int x, int y) {
Operate<U> operate = new Operate<>();
operate.setOperateType(OperateType.WATER);
operate.setX(x);
operate.setY(y);
operate.setWater(water);
operate.setWaterImgType(imgType);
operates.add(operate);
return this;
}


/**
* 执行图片处理, 并保存文件为: 源文件_out.jpg (类型由输出的图片类型决定)
*
* @return 保存的文件名
* @throws Exception
*/
public String toFile() throws Exception {
return toFile(null);
}


/**
* 执行图片处理,并将结果保存为指定文件名的file
*
* @param outputFilename 若为null, 则输出文件为 源文件_out.jpg 这种格式
* @return
* @throws Exception
*/
public String toFile(String outputFilename) throws Exception {
if (CollectionUtils.isEmpty(operates)) {
throw new ImgOperateException("operates null!");
}

/**
* 获取原始的图片信息, 并构建输出文件名
* 1. 远程图片,则保存到临时目录下
* 2. stream, 保存到临时目录下
* 3. 本地文件
*
* 输出文件都放在临时文件夹内,和原文件同名,加一个_out进行区分
**/
FileWriteUtil.FileInfo sourceFile = createFile();
if (outputFilename == null) {
outputFilename = FileWriteUtil.getTmpPath() + "/"
+ sourceFile.getFilename() + "_"
+ System.currentTimeMillis() + "_out." + outputFormat;
}

/** 执行图片的操作 */
if (ImgBaseOperate.operate(operates, sourceFile.getAbsFile(), outputFilename)) {
return outputFilename;
} else {
return null;
}
}

/**
* 执行图片操作,并输出字节流
*
* @return
* @throws Exception
*/
public InputStream asStream() throws Exception {
if (CollectionUtils.isEmpty(operates)) {
throw new ImgOperateException("operate null!");
}

String outputFilename = this.toFile();
if (StringUtils.isBlank(outputFilename)) {
return null;
}

return new FileInputStream(new File(outputFilename));
}


public byte[] asBytes() throws Exception {
if (CollectionUtils.isEmpty(operates)) {
throw new ImgOperateException("operate null!");
}

String outputFilename = this.toFile();
if (StringUtils.isBlank(outputFilename)) {
return null;
}


return BytesTool.file2bytes(outputFilename);
}


public BufferedImage asImg() throws Exception {
if (CollectionUtils.isEmpty(operates)) {
throw new ImgOperateException("operate null!");
}

String outputFilename = this.toFile();
if (StringUtils.isBlank(outputFilename)) {
return null;
}

return ImageIO.read(new File(outputFilename));
}


private FileWriteUtil.FileInfo createFile() throws Exception {
if (this.sourceFile instanceof String) {
/** 生成的文件在源文件目录下 */
updateOutputFormat((String) this.sourceFile);
} else if (this.sourceFile instanceof URI) {
/** 源文件和生成的文件都保存在临时目录下 */
String urlPath = ((URI) this.sourceFile).getPath();
updateOutputFormat(urlPath);
}

return FileWriteUtil.saveFile(this.sourceFile, outputFormat);
}
}

参数的设置相关的比较清晰,唯一需要注意的是输出asFile(),这个里面实现了一些有意思的东西

  • 保存原图片(将网络/二进制的原图,保存到本地)
  • 生成临时输出文件
  • 命令执行

上面前两个,主要是借助辅助工具 FileWriteUtil实现,与主题的关联不大,但是内部东西还是很有意思的,推荐查看:

命令执行的封装如下(就是解析Operate参数,翻译成对应的IMOperation)

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/**
* 执行图片的复合操作
*
* @param operates
* @param sourceFilename 原始图片名
* @param outputFilename 生成图片名
* @return
* @throws ImgOperateException
*/
public static boolean operate(List<ImgWrapper.Builder.Operate> operates, String sourceFilename, String outputFilename) throws ImgOperateException {
try {
IMOperation op = new IMOperation();
boolean operateTag = false;
String waterFilename = null;
for (ImgWrapper.Builder.Operate operate : operates) {
if (!operate.valid()) {
continue;
}

if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.CROP) {
op.crop(operate.getWidth(), operate.getHeight(), operate.getX(), operate.getY());
// if (operate.getRadio() != null && Math.abs(operate.getRadio() - 1.0) > 0.005) {
// // 需要对图片进行缩放
// op.resize((int) Math.ceil(operate.getWidth() * operate.getRadio()));
// }
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.ROTATE) {
// fixme 180度旋转后裁图,会出现bug, 先这么兼容
double rotate = operate.getRotate();
if (Math.abs((rotate % 360) - 180) <= 0.005) {
rotate += 0.01;
}
op.rotate(rotate);
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.SCALE) {
if (operate.getRadio() == null) {
if (operate.isForceScale()) { // 强制根据给定的参数进行压缩时
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("!").append(operate.getWidth() == null ? "" : operate.getWidth()).append("x");
builder.append(operate.getHeight() == null ? "" : operate.getHeight());
op.addRawArgs("-resize", builder.toString());
} else {
op.resize(operate.getWidth(), operate.getHeight());
}
} else if(Math.abs(operate.getRadio() - 1) > 0.005) {
// 对图片进行比例缩放
op.addRawArgs("-resize", "%" + (operate.getRadio() * 100));
}

if (operate.getQuality() != null && operate.getQuality() > 0) {
op.quality(operate.getQuality().doubleValue());
}
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.FLIP) {
op.flip();
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.FLOP) {
op.flop();
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.WATER && waterFilename == null) {
// 当前只支持添加一次水印
op.geometry(operate.getWidth(), operate.getHeight(), operate.getX(), operate.getY())
.composite();
waterFilename = operate.getWaterFilename();
operateTag = true;
} else if (operate.getOperateType() == ImgWrapper.Builder.OperateType.BOARD) {
op.border(operate.getWidth(), operate.getHeight()).bordercolor(operate.getColor());
operateTag = true;
}
}

if (!operateTag) {
throw new ImgOperateException("operate illegal! operates: " + operates);
}
op.addImage(sourceFilename);
if (waterFilename != null) {
op.addImage(waterFilename);
}
op.addImage(outputFilename);
/** 传true到构造函数中,则表示使用GraphicMagic, 裁图时,图片大小会变 */
ConvertCmd convert = new ConvertCmd();
convert.run(op);
} catch (IOException e) {
log.error("file read error!, e: {}", e);
return false;
} catch (InterruptedException e) {
log.error("interrupt exception! e: {}", e);
return false;
} catch (IM4JavaException e) {
log.error("im4java exception! e: {}", e);
return false;
}
return true;
}

5. 接口封装

包装一个对外使用的方式

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public class ImgWrapper {
/**
* 根据本地图片进行处理
*
* @param file
* @return
*/
public static Builder<String> of(String file) {
checkForNull(file, "Cannot specify null for input file.");
if (file.startsWith("http")) {
throw new IllegalArgumentException("file should not be URI resources! file: " + file);
}
return Builder.ofString(file);
}

public static Builder<URI> of(URI uri) {
checkForNull(uri, "Cannot specify null for input uri.");
return Builder.ofUrl(uri);
}

public static Builder<InputStream> of(InputStream inputStream) {
checkForNull(inputStream, "Cannot specify null for InputStream.");
return Builder.ofStream(inputStream);
}


private static void checkForNull(Object o, String message) {
if (o == null) {
throw new NullPointerException(message);
}
}
}

IV. 测试

上面基本上完成了整个接口的设计与实现,接下来就是接口测试了

给出几个使用姿势演示,更多可以查看:ImgWrapperTest

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private static final String url = "http://a.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/14ce36d3d539b6006a6cc5d0e550352ac65cb733.jpg";
private static final String localFile = "blogInfoV2.png";

@Test
public void testCutImg() {

try {
// 保存到本地
ImgWrapper.of(URI.create(url))
.crop(10, 20, 500, 500)
.toFile();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}


@Test
public void testRotateImg() {
try {
InputStream stream = FileReadUtil.getStreamByFileName(localFile);
BufferedImage img = ImgWrapper.of(stream).rotate(90).asImg();
System.out.println("----" + img);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}


@Test
public void testWater() {
BufferedImage img;
try {
img = ImgWrapper.of(URI.create(url))
.board(10, 10, "red")
.water(localFile, 100, 100)
.asImg();
System.out.println("--- " + img);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

V. 其他

项目:

GitHub:

Gitee:

个人博客: 一灰灰Blog

基于hexo + github pages搭建的个人博客,记录所有学习和工作中的博文,欢迎大家前去逛逛

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