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依附之門：“放棄進(jìn)入這里的所有希望?！?/p>

插圖：Gustave Doré

Python的虛擬環(huán)境極大地方便了人們的生活。本指南先介紹虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)知識(shí)以及使用方法，然后再深入介紹虛擬環(huán)境背后的工作原理。

注意：本指南在macOS Mojave系統(tǒng)上使用最新版本的Python 3.7.x。

目錄

· 為什么使用虛擬環(huán)境？

· 什么是虛擬環(huán)境？

· 使用虛擬環(huán)境

· 管理環(huán)境

· 虛擬環(huán)境如何運(yùn)行？

1. 為什么使用虛擬環(huán)境？

虛擬環(huán)境為一系列潛在問題提供簡單的解決方案，尤其是在以下幾個(gè)方面：

· 允許不同的項(xiàng)目使用不同版本的程序包，從而解決依賴性問題。例如，可以將Project A v2.7用于Project X，并將Package A v1.3用于Project Y。

· 通過捕獲需求文件中的所有包依賴項(xiàng)，使項(xiàng)目自包含且可重現(xiàn)。

· 在沒有管理員權(quán)限的主機(jī)上安裝軟件包。

· 只需要一個(gè)項(xiàng)目，無需在系統(tǒng)范圍內(nèi)安裝軟件包，就能保持全局site-packages /目錄整潔。

聽起來很方便，不是嗎？開始構(gòu)建更復(fù)雜的項(xiàng)目并與其他人協(xié)作時(shí)，虛擬環(huán)境的重要性會(huì)凸顯出來。很多數(shù)據(jù)科學(xué)家也需要熟悉虛擬環(huán)境中與多語言相關(guān)的Conda環(huán)境。

可按照先后次序來使用！

2. 什么是虛擬環(huán)境？

到底什么是虛擬環(huán)境？

虛擬環(huán)境是用于依賴項(xiàng)管理和項(xiàng)目隔離的Python工具，允許Python站點(diǎn)包（第三方庫）安裝在本地特定項(xiàng)目的隔離目錄中，而不是全局安裝（即作為系統(tǒng)范圍內(nèi)的Python的一部分）。

這聽起來不錯(cuò)，但到底什么是虛擬環(huán)境呢？虛擬環(huán)境只是一個(gè)包含三個(gè)重要組件的目錄：

· 安裝了第三方庫的site-packages /文件夾。

· 系統(tǒng)上安裝的Python可執(zhí)行文件的symlink符號(hào)鏈接。

· 確保執(zhí)行Python代碼的腳本使用在給定虛擬環(huán)境中安裝的Python解釋器和站點(diǎn)包。

最后一點(diǎn)在于會(huì)發(fā)生一些意想不到的錯(cuò)誤，稍后會(huì)講這一點(diǎn)，但現(xiàn)在先看看在實(shí)際中如何實(shí)際使用虛擬環(huán)境。

但丁《神曲·地獄篇》第六章—維吉爾安撫Cerberus

插圖：Gustave Doré

3. 使用虛擬環(huán)境

創(chuàng)造虛擬環(huán)境

假設(shè)想要為正在處理的項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)名為test-project/的虛擬環(huán)境，該項(xiàng)目具有以下目錄樹：

需要執(zhí)行venv模塊，它是Python標(biāo)準(zhǔn)庫的一部分。

% cd test-project/% python3 -m venv venv/ # Creates an environment called venv/

注意：可使用不同的環(huán)境名稱替換“venv/”。

瞧！虛擬環(huán)境誕生了?，F(xiàn)在項(xiàng)目變成：

提醒：虛擬環(huán)境本身就是一個(gè)目錄。

唯一要做的事情是通過運(yùn)行前面提到的腳本來“激活”環(huán)境。

% source venv/bin/activate (venv) % # Fancy new command prompt

現(xiàn)在我們位于活動(dòng)的虛擬環(huán)境中（由命令提示符指示，前綴為活動(dòng)環(huán)境的名稱）。

我們會(huì)像往常一樣處理項(xiàng)目，確保項(xiàng)目與系統(tǒng)的其他部分完全隔離。在虛擬環(huán)境中，我們無法訪問系統(tǒng)范圍的站點(diǎn)包，并且無法在虛擬環(huán)境之外訪問安裝包。

完成項(xiàng)目工作時(shí)，可以通過以下代碼退出環(huán)境：

安裝包

默認(rèn)情況下，只在新環(huán)境中安裝pip和setuptools。

(venv) % pip list # Inside an active environmentPackage Version---------- -------pip 19.1.1setuptools 40.8.0

如果想要安裝第三方庫的特定版本，比如numpyv1.15.3，可像往常一樣使用pip。

現(xiàn)在可在腳本或活動(dòng)的Python shell中導(dǎo)入numpy。例如，假設(shè)項(xiàng)目包含以下幾行腳本tests / imports-test.py。

#!/usr/bin/env python3import numpy as np

直接從命令行運(yùn)行這個(gè)腳本時(shí)，可得到：

成功。腳本導(dǎo)入numpy沒有故障。

但丁和Virgil穿過Styx河—但丁《神曲·地獄篇》第八章

插圖：Gustave Doré

4. 管理環(huán)境

需求文件

使我們的工作成果可被他人重新使用的最簡單方法是在項(xiàng)目的根目錄（頂層目錄）中加入一個(gè)需求文件。為此，需要運(yùn)行pip freeze，以下列出已安裝的第三方軟件包及其版本號(hào)：

(venv) % pip freezenumpy==1.15.3

并將輸出寫入文件，我們稱之為requirements.txt。

更新軟件包或安裝新軟件包時(shí)，都可使用相同的命令重寫需求文件。

現(xiàn)在，任何共享項(xiàng)目的人都可以使用requirements.txt文件，通過復(fù)制環(huán)境以在系統(tǒng)上運(yùn)行項(xiàng)目。

復(fù)制環(huán)境

等等——究竟是怎么做到的？

想象一下，我們的隊(duì)友Sara從團(tuán)隊(duì)的GitHub存儲(chǔ)庫中刪除了測試項(xiàng)目。在她的系統(tǒng)上，項(xiàng)目的目錄樹如下所示：

test-project/├── data ├── deliver ├── develop ├── requirements.txt├── src └── tests

注意到有點(diǎn)不尋常的東西了嗎？是的，沒錯(cuò)！沒有venv /文件夾。

我們已經(jīng)將它從團(tuán)隊(duì)的GitHub存儲(chǔ)庫中刪除，因?yàn)樗拇嬖诳赡軙?huì)引起麻煩。

這就是使用requirements.txt文件對(duì)復(fù)制項(xiàng)目代碼至關(guān)重要的一個(gè)原因。

要在機(jī)器上運(yùn)行測試項(xiàng)目，Sara需要做的就是在項(xiàng)目的根目錄中創(chuàng)建一個(gè)虛擬環(huán)境：

并使用pip install -r requirements.txt將項(xiàng)目的依賴項(xiàng)安裝在活動(dòng)的虛擬環(huán)境中。

Sara% source venv/bin/activate(venv) Sara% pip install -r requirements.txtCollecting numpy==1.15.3 (from -r i (line 1))Installing collected packages: numpySuccessfully installed numpy-1.15.3

現(xiàn)在，Sara系統(tǒng)上的項(xiàng)目環(huán)境與我們的系統(tǒng)完全相同。很整潔，不是嗎？

故障排除

可惜事情并不總是按計(jì)劃進(jìn)行，總會(huì)遇到一些問題。也許錯(cuò)誤地更新了特定的站點(diǎn)包后發(fā)現(xiàn)自己處于Dependency Hell的第九級(jí)，無法運(yùn)行單行項(xiàng)目代碼。也許它沒那么糟糕，可能你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己竟處于第七級(jí)。

無論你發(fā)現(xiàn)自己處于何種程度，解決問題并再次看到希望的最簡單方法是重新創(chuàng)建項(xiàng)目的虛擬環(huán)境。

大功告成，多虧了requirements.txt文件，又恢復(fù)了正常。然而另一個(gè)原因是始終要在項(xiàng)目中列入需求文件。

但丁與冰中的叛徒對(duì)話——但丁《神曲·地獄篇》第32章

插圖：Gustave Doré

5. 虛擬環(huán)境如何做到這一點(diǎn)？

想了解更多有關(guān)虛擬環(huán)境的信息嗎？比如，活動(dòng)環(huán)境如何使用正確的Python解釋程序并如何找到合適的第三方庫？

echo $ PATH

這一切都?xì)w結(jié)為PATH的價(jià)值，它告訴shell使用什么Python實(shí)例以及在哪里尋找網(wǎng)站包。在基礎(chǔ)shell中，PATH看起來或多或少是這樣表現(xiàn)的。

% echo $PATH/usr/local/bin:/usr/bin:/usr/sbin:/bin:/sbin

調(diào)用Python解釋器或運(yùn)行.py腳本時(shí)，shell會(huì)按順序搜索PATH中列出的目錄，直到遇到Python實(shí)例。要查看PATH首先找到的Python實(shí)例，請(qǐng)運(yùn)行which python3。

通過站點(diǎn)模塊（這是Python標(biāo)準(zhǔn)庫的一部分）查找此Python實(shí)例查找站點(diǎn)包的位置也很容易。

% python3 # Activates a Python shell>>> import site >>> site.getsitepackages() # Points to site-packages folder['/usr/local/Cellar/python/3.7.3/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7/site-packages']

運(yùn)行腳本venv / bin / activate修改PATH，以便shell在搜索系統(tǒng)的全局二進(jìn)制文件之前搜索項(xiàng)目的本地二進(jìn)制文件。

現(xiàn)在shell知道如何使用項(xiàng)目的本地Python實(shí)例：

(venv) % which python3~/test-project/venv/bin/python3

在哪里可以找到項(xiàng)目的本地站點(diǎn)包？

理智檢查

還記得以前的tests / imports-test.py腳本嗎？看起來是下面這樣：

#!/usr/bin/env python3import numpy as np 

我們能夠在活動(dòng)環(huán)境中運(yùn)行此腳本，不出現(xiàn)任何問題，是因?yàn)榄h(huán)境中的Python實(shí)例能夠訪問項(xiàng)目的本地站點(diǎn)包。

如果運(yùn)行從項(xiàng)目的虛擬環(huán)境外部而來的相同腳本會(huì)發(fā)生什么？

是的，出現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤，但我們應(yīng)該這樣做。如果我們不這樣做，那就意味著我們能夠從項(xiàng)目外部訪問項(xiàng)目的本地站點(diǎn)包，從而破壞了擁有虛擬環(huán)境的整個(gè)目的。出現(xiàn)錯(cuò)誤的事實(shí)證明我們的項(xiàng)目與系統(tǒng)的其他部分完全隔離。

環(huán)境的目錄樹

有一件事可以幫助整理所有這些信息，即清楚地了解環(huán)境目錄樹的外觀。

test-project/venv/ # Our environment's root directory├── bin│ ├── activate # Scripts to activate│ ├── activate.csh # our project's│ ├── activate.fish # virtual environment.│ ├── easy_install│ ├── easy_install-3.7│ ├── pip│ ├── pip3│ ├── pip3.7│ ├── python -> /usr/local/bin/python # Symlinks to system-wide│ └── python3 -> python3.7 # Python instances.├── include├── lib│ └── python3.7│ └── site-packages # Stores local site packages└── pyvenv.cfg

但丁和維吉爾回到了人世間——但丁《神曲·地獄篇》第34章

插圖：Gustave Doré