Python 模块的加载顺序

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

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。

# test.py

# coding:utf-8
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

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。

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]: ''

模块中的 __file__ 变量

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：

# test3.py
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

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

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]

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。

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。

解决这个问题，请教了大牛同事，果然一下子让我明白了。于是，自问自答了在 SegmentFault 上提的问题：

• Python 包的引入顺序到底是怎样的？

参考

• 三月沙-如何理解 Python 的模块查找原理与方式 本文内容主要参考，但是该文章中提到的os属于built-in moulde的理解是有误的，本文中修正了理解。
• 构建一个模块的层级包
• The Python Standard Library
• Medium-Python 的 Import 陷阱
• CSDN-Python 模块搜索路径 提交了 PYTHONPATH 这个环境变量的作用
• 旷世的忧伤-Python 如何处理模块和包有相同名字的情况 来源：How python deals with module and package having the same name?
• librarybook-The sys module
• 官宣-System-specific parameters and functions
• 浅谈 Python 的模块导入