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Python 虛擬環境--venv

隨著使用 Python 的過程, 我們可能會遇到某個程式需要 A 版本的 M 套件, 但是另一個程式卻只能和 B 版本的 M 套件相容, 或是我們只想測試一下 M 套件, 但不希望因為安裝了 M 套件導致 Python 環境安裝了 M 套件所倚賴的其他套件, 這時我們就可以利用 venv 模組提供的虛擬環境功能, 建立獨立的 Python 環境, 客製安裝所需的套件, 而不會弄亂系統本身的 Python 環境。

建立虛擬環境

要建立虛擬環境, 必須執行 venv 模組, 並以要放置虛擬環境資料的路徑為參數, 指定的路徑若不存在, venv 會自動建立。Windows 上建立虛擬環境的指令如下:

❯ py -m venv testenv
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

在 Mac/Linux 下的指令如下:

$ python3 -m venv testenv
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

在 Linux 上, 可能會遇到沒有安裝 venv 的情況:

$ python3 -m venv testenv
The virtual environment was not created successfully because ensurepip is not
available.  On Debian/Ubuntu systems, you need to install the python3-venv
package using the following command.

    apt-get install python3-venv

You may need to use sudo with that command.  After installing the python3-venv
package, recreate your virtual environment.

Failing command: ['/home/meebox/code/testenv/bin/python3', '-Im', 'ensurepip', '--upgrade', '--default-pip']
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

只要使用系統套件管理程式安裝即可, 以下以 apt 為例:

$ sudo apt install python3-venv
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

實際上建立虛擬環境就是在該路徑下複製一份 Python 的檔案, 包括執行檔以及必要的資料夾結構, 內容就跟剛安裝好的 Python 近似。

後續的實驗會以我的 Python 系統已經安裝的 numpy 為觀察標的, 這裡先查看目前安裝的 numpy 套件版本:

$ pip3 show numpy
Name: numpy
Version: 1.22.2
Summary: NumPy is the fundamental package for array computing with Python.
Home-page: https://www.numpy.org
Author: Travis E. Oliphant et al.
Author-email: None
License: BSD
Location: /home/meebox/.local/lib/python3.9/site-packages
Requires:
Required-by:
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

表示我的 Python 系統上安裝有 1.22.2 版的 numpy 套件。

轉換到虛擬環境

要使用剛剛建立的虛擬環境, 必須啟用 (activate) 它, 在 Windows 上必須執行虛擬環境路徑的 Scripts 資料夾下的 activate.ps1 指令:

❯ .\testenv\Scripts\activate.ps1

(testenv) ❯
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

若你不是使用 PowerShell, 而是使用命令提示字元, 要執行的是 activate.bat

切換成功會看到提示符號會多顯示出虛擬環境資料夾的名稱 (實際顯示的位置視你的提示符號設定而定)。

在 Linux 上, 要使用 source 指令執行虛擬環境路徑 bin 資料夾下的 activate 草稿碼:

$ source testenv/bin/activate

~/code (testenv) $
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

如果你使用的是 csh 或是 fish shell, 要改成對應的 activate.csh 或是 activate.fish 草稿碼檔。

切換成功一樣會顯示虛擬環境的資料夾名稱。

啟用的程序實際上就是修改環境變數, 讓你改成執行虛擬環境資料夾下的這一份 Python, 即使安裝套件, 也是安裝到虛擬環境的資料夾下。

測試獨立的虛擬環境

我們可以查看在啟用的虛擬環境中, 是不是有原本安裝在 Python 系統的 numpy 套件:

(testenv) $ pip3 show numpy
WARNING: Package(s) not found: numpy
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

你會發現虛擬環境中根本就沒有安裝 numpy 套件。這裡我們安裝上一版 1.21.0 的 numpy:

(testenv) $ pip3 install numpy==1.21.0
Collecting numpy==1.21.0
  ...
Installing collected packages: numpy
Successfully installed numpy-1.21.0
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

稍後我們就可以在離開虛擬環境後確認是否會影響到系統的 Python 環境。

離開虛擬環境

啟用虛擬環境後, 會新增 deactivate 指令, 在任何地方下達此指令, 即可離開虛擬環境, 在 Windows 的示範如下:

(testenv) ❯ deactivate

❯
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Linux 下則是:

(testenv) $ deactivate

$
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

你會發現離開虛擬環境後, 提示符號就不會再出現虛擬環境的資料夾名稱了。

這個 deactivate 在 PowerShell 或是 Linux 下是一個在啟用虛擬環境時建立的 shell 函式, 所以不論是在哪個路徑下都可以執行。在命令提示字元下, deactivate 其實是存在於 Scripts 資料夾下的批次檔 deactivate.bat, 但因為在啟用虛擬環境時已經將 Scripts 資料夾加入 path 環境變數, 所以也可以在任意路徑下執行。

檢測原始 Python 環境

還記得我們剛剛在虛擬環境中安裝了 1.21.0 版的 numpy 嗎?現在我們檢視一下原本系統上 Python 環境 的 numpy 版本:

$ pip3 show numpy
Name: numpy
Version: 1.22.2
Summary: NumPy is the fundamental package for array computing with Python.
Home-page: https://www.numpy.org
Author: Travis E. Oliphant et al.
Author-email: None
License: BSD
Location: /home/meebox/.local/lib/python3.9/site-packages
Requires:
Required-by:
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

你會看到還是原本的 1.22.0, 不會受到虛擬環境的影響, 也就是說, 我們現在有兩個 Python 環境, 想用 1.21.0 版的 numpy 時, 可以切換到虛擬環境, 想用 1.22.0 版的 numpy, 就回到系統本身的環境, 甚至還可以依據需要, 建立其他的虛擬環境。

刪除虛擬環境

若要刪除虛擬環境, 由於虛擬環境的資料的資料全部都在單一資料夾中, 所以只要先離開虛擬環境, 再將虛擬環境的資料夾刪除即可。

小結

初學階段可能不會覺得有必要使用虛擬環境, 不過隨著應用的複雜度提升, 適度使用虛擬環境區隔不同的需求是個好主意, 甚至萬一不小心把 Python 環境弄亂了, 也不必急著清理, 先建一個乾淨的虛擬環境應急也是不錯的權宜措施。

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