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沈無奇 · 更新于 2021-01-12

虛擬開發環境搭建

上節課我們認識了什么是 Web 框架，知道 Web 框架可以給我們的網站開發帶來很多便利，節省很多時間。那么這節課我們繼續來介紹一個在實際開發中非常實用的工具–虛擬開發環境。

虛擬環境是近年來開發 Python Web 項目的必備前提，它就很好地解決了多個 Python 項目之間第三方模塊版本沖突的問題，我們也會將其作為學習 Django 開發的一個基礎，后續的所有 Django 示例代碼都會在虛擬環境中實驗。接下來我們會介紹什么是虛擬環境以及如何使用虛擬環境。

1. 虛擬環境介紹

1.1 什么是虛擬環境？

在我們第一次安裝好 Python 后，我們就有了一個全局的 Python 環境， 也稱為系統環境。使用虛擬環境工具在全局環境的基礎上可以創建多個相互獨立、互不影響的虛擬環境。這些虛擬環境本質上來說就是相互獨立的文件夾，里面包含了 Python 解釋器和相關依賴的模塊。

1.2 為什么要使用虛擬環境？

在 Python 開發，特別是 Python Web 項目開發中，我們會使用大量的第三方模塊。有時候開發中需要特定版本的模塊。如果本地只有一個項目，我們直接用 pip install 安裝對應版本的模塊即可，但是如果本地有多個項目，每個項目中可能會有模塊沖突，或者 Python 版本的沖突，該如何解決這些問題呢？這個時候虛擬環境就可以派上用場了。

針對每個 Python 項目，我們可以指定一個虛擬環境，在這個虛擬環境中，我們準備好相應版本的 Python 解釋器，使用 pip 安裝項目依賴的第三方模塊。這樣每個項目都有自己的環境和對應安裝好的第三方模塊。每個項目的環境都互不干擾。當我們需要開發或者啟動某個項目時，使用命令進入對應的虛擬環境即可。這樣可以非常有效的解決上述多個項目之間包沖突的問題。

使用 Pycharm 進行 Python 項目開發時，虛擬環境已經成了標配。Pycharm 在創建 Python 項目時，會自動創建好相應的虛擬環境，并默認使用虛擬環境的 Python 解釋器。當然我們也可以自行選擇，但這說明了虛擬環境在 Python 開發中越來越重要。

2. Python 虛擬環境管理工具

2.1 virtualenv

從 Python 3.3 開始 virtualenv 的子集作為 venv 標準庫被集成到了 Python 中。它可以用來創建 Python 的虛擬環境，它的安裝和使用也非常簡單：

$ pip install virtualenv -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
$ pip3 install virtualenv -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

該工具的使用命令如下：

  • virtualenv [虛擬環境的名稱]：在當前目錄下創建虛擬環境，加上 -p 選項可以指定 python 解釋器路徑，不然會默認使用全局環境的 python 解釋器；

  • 激活和退出虛擬環境：

    • cd [虛擬環境名稱]： 進入虛擬環境目錄；

    • source bin/activate：激活虛擬環境；

    • deactivate： 退出虛擬環境。

在真正項目部署上線的時候，我們使用 pip freeze > requirements.txt 命令將項目所依賴的 python 模塊保存到 requirements.txt 文件中，然后在線上環境重新安裝并激活新的虛擬環境，最后使用 pip install -r requirements.txt 即可完成虛擬環境的遷移。

2.2 pyenv

純 pyenv 是可以看做一個 Python 版本管理器，可以同時管理多個 Python 版本共存。 簡單地說，pyenv 可以根據需求使用戶在系統里安裝和管理多個 Python 版本。它的基本功能如下：

  • 配置當前用戶的 Python 的版本；

  • 配置當前 shell 的 python 版本；

  • 配置某個項目（目錄及子目錄）的 Python 版本；

  • 配置多個虛擬環境。

注意：pyenv 的工作原理就是利用系統環境變量 PATH 的優先級，劫持 Python 的命令到 pyenv 上，根據用戶所在的環境或目錄，使用不同版本的 Python 。

2.2.1 pyenv 的安裝、更新和卸載

安裝： 在 Linux 系統上安裝 pyenv 的方式非常簡單，由官方提供的安裝 bash 腳本，也可以直接下載源碼即可。具體操作如下：

# 安裝git
$ yum install git -y
$ git clone https://github.com/pyenv/pyenv.git ~/.pyenv
# 安裝 pyenv-virtualenv
$ git clone https://github.com/pyenv/pyenv-virtualenv.git ~/.pyenv/plugins/pyenv-virtualenv
$ cat ~/.bashrc
...

# 在~/.bashrc最后加上如下3行
export PATH="~/.pyenv/bin:$PATH"
eval "$(pyenv init -)"
eval "$(pyenv virtualenv-init -)"

# 使配置生效
$ source ~/.bashrc

# 查看pyenv的版本
$ pyenv version

更新： 因為是使用 git 安裝的 pyenv，所以更新只需要繼續用 git 拉最新的代碼即可。更新 pyenv 步驟如下：

cd ~/.pyenv 或者 cd $(pyenv root)
git pull

卸載： 由于 pyenv 把一切都放在～/.pyenv 下了，所以卸載很方便，兩個步驟就行了：

  • 刪除 ~/.bashrc 中添加的環境變量；

  • 刪除 ~/.pyenv 目錄及其下面所有文件。

    rm -rf ~/.pyenv` 或者 `rm -rf $(pyenv root)

Tips：pyenv 并不支持 Windows，因為作者大大不想浪費時間去兼容 Windows 平臺。

2.2.2 pyenv 的命令

pyenv 的常用命令如下：

  • pyenv commands : 查看 pyenv 工具支持的命令；

  • pyenv local：python 的局部設置，當前目錄生效，加上 --unset 選項表示取消；

  • pyenv global：python 的全局設置，整個系統生效；

  • pyenv shell：指定當前 shell 使用的 Python ， 可以使用 --unset 取消指定 ；

  • pyenv --version： 查看 pyenv 的版本；

  • pyenv version：顯示當前活動的 Python 版本。

    # 系統環境
[root@server ~]# pyenv version
system (set by /root/.pyenv/version)
# 激活創建的虛擬環境
[root@server ~]# pyenv activate env-3.8.1
pyenv-virtualenv: prompt changing will be removed from future release. configure `export PYENV_VIRTUALENV_DISABLE_PROMPT=1' to simulate the behavior.
# 再次查看
(env-3.8.1) [root@server ~]# pyenv version
env-3.8.1 (set by PYENV_VERSION environment variable)

  • pyenv versions：查看所有的虛擬環境；

  • pyenv install --list： 查看所有可以安裝的 Python 版本；

  • pyenv install：安裝對應版本的 Python 作為虛擬環境的解釋器。這一步通常第一次需要聯網下載對應的 Python 包，會比較慢；

  • pyenv uninstall：卸載某個 Python 版本。

pyenv-virtualenv 工具的常用命令：

  • pyenv virtualenv python版本號 name ：創建一個虛擬環境，，命名為 name， 創建好后可通過 pyenv versions 來查看；

  • pyenv activate name ：切換到 name 虛擬環境中 ；

  • pyenv deactivate ：退出虛擬環境 ；

  • pyenv virtualenv-delete name ：刪除名為 name 的虛擬環境；

2.3 pyenv 實戰

接下來我們使用 pyenv 工具在 CentOS 系統上實戰下虛擬環境的操作，這里安裝 pyenv 的步驟略掉。

檢查 pyenv 的版本，以及可以安裝的 Python 版本。可以看到目前 Python 的最新版本已經到 3.9 了

[root@server ~]# pyenv --version
pyenv 1.2.15-9-gac246e1
[root@server ~]# pyenv install --list
Available versions:
  2.1.3
  ...
  2.7.17
  ...
  3.7.6
  3.8.0
  3.8-dev
  3.8.1
  3.9-dev
  ...

安裝 Python 3.8.1 版本解釋器，這樣后續可以基于 3.8.1 版本的 Python 創建虛擬環境：


[root@server ~]# pyenv install 3.8.1

Downloading Python-3.8.1.tar.xz...
-> https://www.python.org/ftp/python/3.8.1/Python-3.8.1.tar.xz
...

使用 3.8.1 版本的 python 解釋器創建虛擬環境 env-3.8.1

[root@server ~]# pyenv virtualenv 3.8.1 env-3.8.1
Looking in links: /tmp/tmp7m4c6giw
Requirement already satisfied: setuptools in /root/.pyenv/versions/3.8.1/envs/env-3.8.1/lib/python3.8/site-packages (41.2.0)
Requirement already satisfied: pip in /root/.pyenv/versions/3.8.1/envs/env-3.8.1/lib/python3.8/site-packages (19.2.3)
[root@server ~]# pyenv versions
  system
* 3.8.1 (set by /root/.pyenv/version)
  3.8.1/envs/env-3.8.1
  env-3.8.1

進入 env-3.8.1 的虛擬環境，在輸入 python 命令后可以看到 版本是 3.8.1。另外通過 pip 命令可以查看已經安裝的模塊。

[root@server ~]# pyenv activate env-3.8.1
pyenv-virtualenv: prompt changing will be removed from future release. configure `export PYENV_VIRTUALENV_DISABLE_PROMPT=1' to simulate the behavior.
(env-3.8.1) [root@server ~]# python
Python 3.8.1 (default, Dec 24 2019, 17:04:00) 
[GCC 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> exit()
(env-3.8.1) [root@server ~]# pip list
Package    Version
---------- -------
pip        19.2.3 
setuptools 41.2.0

在虛擬環境中安裝第三方模塊，比如操作 MySQL 數據的 pymysql：

(env-3.8.1) [root@server ~]# pip install pymsql
(env-3.8.1) [root@server ~]# ls ~/.pyenv/versions/env-3.8.1/lib64/python3.8/site-packages/pymysql
_auth.py    connections.py  cursors.py   optionfile.py  _socketio.py
charset.py  constants       err.py       protocol.py    times.py
_compat.py  converters.py   __init__.py  __pycache__    util.py

最后退出該虛擬環境，并且由于項目不再繼續，將刪除該虛擬環境?？梢钥吹皆趧h除該虛擬環境后，對應的目錄也被刪除了

(env-3.8.1) [root@server ~]# pyenv deactivate
[root@server ~]# pyenv virtualenv-delete env-3.8.1
pyenv-virtualenv: remove /root/.pyenv/versions/3.8.1/envs/env-3.8.1? y
[root@server ~]# ls ~/.pyenv/versions/3.8.1/envs

我們實戰操作了 pyenv 工具管理虛擬環境，主要是加深了對虛擬環境的理解。其實一個虛擬環境對應的就是一個目錄，在虛擬環境中安裝的所有模塊都會放到這個目錄下。這樣每個環境之間下載的模塊不會產生沖突，這樣能很好解決不同項目依賴包沖突的問題。

3. 小結

本小節我們介紹了 Python 開發中常用的虛擬環境相關知識，同時介紹了 2 種用于創建和管理虛擬環境的工具 virtualenv 和 pyenv。其中 pyenv 工具可以集合 pip 和 virtualenv 相關功能，更為有用。后續我們選擇使用 pyenv 來創建虛擬環境并進行 Django 的開發實戰。

下節預告：

在食用指南中我們說到了學習本課程需要具備一些 HTML/CSS/JS 基礎，那么下節課《Web 相關知識 - HTML/CSS/JS》中我們就來介紹一下本課程中需要用到的 HTML/CSS/JS 知識。