Python 模块的加载顺序

1.基本概念

• module：模块， 一个 py 文件或以其他文件形式存在的可被导入的就是一个模块
• package：包，包含有 init 文件的文件夹
• relative path：相对路径，相对于某个目录的路径
• absolute path：绝对路径，全路径

2.Python 解释器是如何查找包和模块的

Python 执行一个 py 文件，无论执行的方式是用绝对路径还是相对路径，interpreter 都会把文件所在的 directory 加入 sys.path 这个 list 中，并且是索引为 0 的位置。Python 就是在 sys.path 中查找包和模块的。

import sys
print(sys.path)
print('Now in main.py')


def hello():
    print('michael hello')


if __name__ == '__main__':
    hello()

# 执行 python test.py
$ python test.py
['/tmp/module-package/app', '/usr/lib64/python27.zip', '/usr/lib64/python2.7', '/usr/lib64/python2.7/plat-linux2', '/usr/lib64/python2.7/lib-tk', '/usr/lib64/python2.7/lib-old', '/usr/lib64/python2.7/lib-dynload', '/usr/lib64/python2.7/site-packages', '/usr/lib/python2.7/site-packages']
Now in test.py
michael hello

3.Python 解释器查找包的顺序

解释器查找包：

• 解释器会默认加载一些 modules，除了sys.builtin_module_names 列出的内置模块之外，还会加载其他一些标准库，都存放在sys.modules字典中。
• 然后就是搜索 sys.path 路径下的模块了。

In [3]: import sys

In [4]: print(sys.builtin_module_names)
('_abc', '_ast', '_codecs', '_collections', '_functools', '_imp', '_io', '_locale', '_operator', '_signal', '_sre', '_stat', '_string', '_symtable', '_thread', '_tracemalloc', '_warnings', '_weakref', 'atexit', 'builtins', 'errno', 'faulthandler', 'gc', 'itertools', 'marshal', 'posix', 'pwd', 'sys', 'time', 'xxsubtype', 'zipimport')

这样的查找顺序将会导致同名包或模块被遮蔽。

示例2：

# tree
$ tree . -L 1
.
├── __init__.py
├── name
├── os.py
├── test2.py
├── test.py
└── test.pyc

# test2.py
import os
from redis import Redis
from test import hello

print('Now in test2.py')
print(os.getcwd())

# 执行 python test2.py
$ python test2.py
Traceback (most recent call last):
  File "test2.py", line 2, in <module>
    from redis import Redis
ImportError: No module named redis

这里的 os 模块并不是是 built-in module，上面已经将 sys.builtin_module_names 内容打印出来了。只是 Python 解释器启动时就加载到了 sys.modules中缓存起来了。所以，即使在同目录下有同名模块，解释器依然是可以找到正确的 os 模块的！如果你在import os之前，先执行del sys.modules['os']，那么，标准模块 os 就会被同目录下的 os.py 屏蔽了。

redis 属于第三方模块，默认安装位置是 Python 环境变量中的 site-packages，解释器启动之后，会将此目录加到 sys.path，由于当前目录会在 sys.path 的首位，当前目录的 redis 优先被找到了，site-packages 中的 redis 模块被屏蔽了。

综上所述，搜索的一个顺序是：sys.modules 缓存 -> sys.path[0] 即当前目录查找 -> sys.path[1:]路径查找。

同时发现，模块被加载的时候，其中非函数或类的语句，例如 print('hello')、name=michael等，是会在 import的时候，默认就执行了。

4.交互式执行环境的查找顺序

交互执行环境，解释器会自动把当前目录加入到sys.path，这一点和直接执行文件是一样的，但是这种方式下，sys.path[0] 是存储的当前目录的相对路径，而不是绝对路径。

In [4]: import sys

In [5]: sys.path[0]
Out[5]: ''

5.模块中的 file 变量

1.文件中的 file

当模块以文件的形式出现 file 指的是模块文件的路径名，以相对路径执行 file 是相对路径，以绝对路径执行 file 是绝对路径：

print __file__

# 执行 python test.py
$ python test3.py
test3.py

$ python /tmp/module-package/app/test3.py
/tmp/module-package/app/test3.py

2.交互式 Shell 中的 file

前交互式 Shell 的执行并不是以文件的形式加载，所以不存在__file__这样的属性：

In [8]: __file__
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-8-358d5687b810> in <module>()
----> 1 __file__

NameError: name '__file__' is not defined

6.sys.argv[0] 变量

sys.argv[0] 是获得入口执行文件路径，__file__ 是真实被执行模块的文件路径。比如下面例子中，test2.py 就是入口执行文件，而 test.py 就是在 import 时真实被执行的模块

# test.py
print(__file__)
print(sys.argv[0])

# test2.py
import test

# 执行 python test2.py
/tmp/module-package/app/test.py # __file__
test2.py # sys.argv[0]

7.sys.modules 的作用

载入的模块存放在何处？ 答案是 sys.modules。 模块一经载入， Python 会把这个模块加入 sys.modules 中供下次载入使用，这样可以加速模块引入，起到缓存作用。sys.modules 是一个 dict 类型的值。

In [14]: sys.modules['requests']
---------------------------------------------------------------------------
KeyError                                  Traceback (most recent call last)
<ipython-input-14-8aefaef0aed5> in <module>()
----> 1 sys.modules['requests']

KeyError: 'requests'

In [15]: import requests

In [16]: sys.modules['requests']
Out[16]: <module 'requests' from '/usr/lib/python2.7/site-packages/requests/__init__.pyc'>

# 没有预先引入 math，但是 sys.modules 中已经有这个键
In [18]: sys.modules['math']
Out[18]: <module 'math' from '/usr/lib64/python2.7/lib-dynload/math.so'>

需要注意的是， sys.modules['math'] 尽管可以看到 math 键，但是，要使用它，还是需要显示 import math 之后才能使用的，因为那只是 Python 解释器后台缓存的，你不显示引入，本地空间还是不会去发现它。

8.总结

Python 通过查找 sys.path 来决定包的导入，Python解释器启动时加载的模块缓存 > 同级目录 > sys.path[1:]。Python 中的特有属性 __file__以及 sys.argv[0]、sys.argv[0]、sys.modules 可以帮助分析包的查找和导入过程。