解决package命名冲突：浅谈setuptools之namespace package概念

浅谈setuptools之namespace package概念

本文的撰写动因：最近在折腾zope WEB 框架，在研究依赖包安装的过程中偶然发现了setup.py中的namespace package这个概念，发现自己竟是一头雾水，百度了一遍发现并没有中文的详细讲解文章，自己平日里看其它大神的文章受益匪浅，而自己从未对他人做出过什么贡献，遂开通了一个CSDN博客，试着把这个问题说明白。

note 1：本文读者应具备python package、module以及python程序打包的的基本知识
note 2：若有任何错误请指出或叙述不轻的地方，请吐槽-_-，本人将第一时间更正
note 3：本文以python2.7为例，如果有读者使用的版本不同，有些目录名称可能不同

1.PYTHON的package查找模式

与java类似，PYTHON中也有package的概念，所谓package，就是包含一个或多个python module、package的集合，在系统中以文件夹的形式存在，每个package文件夹中还需要包含一个__init__.py文件（若有子package，则每个子package目录中也要包含一个__init__.py文件）

例如我们定义一个名为a的package：

[root@localhost ~]# cd ~/test mkdir && package_test
[root@localhost package_test]# mkdir a
[root@localhost package_test]# echo > a/__init__.py
[root@localhost package_test]# echo 'print "module_1"' > a/module_1
为了演示方便，我们的工作目录可以通过pwd命令查看：
[root@localhost package_test]# pwd
/root/test/package_test
由于python自动将工作目录加入到sys.path中（对sys.path陌生的请自行百度），
执行python命令，测试package a中的module_1可以正常导入
[root@localhost package_test] python
>>> import a.module_1
>>> module_1
可以看到，package a 中的moduel_1正常import了
至此，一切都按照我们的设想正常进行

接下来，玩坏了！

现在假设某位大神dashen想与我们合作，但又不想和我们共用一个目录，因而他提出让我们给他开一个帐号，名称为dashen，而他自己的代码就保存在/home/dashen 目录（家目录）下
于是，dashen兄做了以下操作：
[dashen@localhost ~]$ mkdir my_project && cd my_project
胃疼的是：由于dashen兄所负责的功能与我们package a 中的很相似，因此他也将自己的代码放到了package a 中：
[dashen@localhost my_project]$ mkdir a
[dashen@localhost my_project]$ echo 'print "moduel_2"' > a/module_2.py
这个时候，我们要对代码进行联调，所以将dashen兄的项目目录加入了sys.path中：
[root@localhost package_test]# python
>>> import sys
>>> sys.path += ['/home/dashen/my_project']
>>> sys.path
OK,dashen兄的目录已经加入了sys.path中
>>> sys.path

/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/setuptools-18.4-py2.7.egg
/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/Django-1.8.13-py2.7.egg
/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/Twisted-15.5.0-py2.7-linux-x86_64.egg
…（此处略过不重要的path）
/home/dashen/my_project
我们接下来执行以下命令：
>>> import a.module_2
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ImportError: No module named module_2
WTF，这是什么鬼！！
dashen的module_2无法import
不太科学，我们已经把dashen的工作目录加入了sys.path中
再看看我们的moduel_1能否正常import：
>>> import a.module_1
>>> module_1
还好，我们的module_1没受影响

问题解读

之所以会造成以上问题，主要由于python的packag查找逻辑
回顾下上面测试中sys.path所打印出来的结果：
>>> sys.path

/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/setuptools-18.4-py2.7.egg
/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/Django-1.8.13-py2.7.egg
/usr/local/python2.7/lib/python2.7/site-packages/Twisted-15.5.0-py2.7-linux-x86_64.egg
…（此处略过不重要的path）
/home/dashen/my_project
我们发现，在sys.path中出现了一个空行（第一行），这个空行实际上是”（sys.path实际上是字符串组成的list，每个字符串代表了系统中的一个路径），而”代表的是当前工作目录，也就是我们运行python时所处的目录
python查找module的逻辑：
以import x.y.z为例

附上目录结构:
root_dir
|–x
|–|__init__.py
|–|–y
|—–|–__init__.py
|—–|–z.py

1. python看到x.y.z，知道z在package y 中，而y又在x中，因而需要先找到 x
2. 在当前sys.path中，从第一个路径开始查找x,找到之后，继续在该路径的x目录中查找y
3. 在y中找到z

在上述测试中，我们要找a.module_2从第一个目录''（也就是当前工作目录）开始查找 a，由于当前目录已经包含了 a这个package，因而python会天真的以为module_2也在a 中，而dashen的目录/home/dashen/my_project被默默地无视了，也就是说虽然dashen的目录也包含一个package a，python也不会去管了
而module_1只所以能import，大家应该知道原因了，因为我们当前工作目录中包含了a，在a中又包含了module_1.py

OK，现在问题的原因找到了：同一个package不能放在不同的位置，否则总有一些东西会丢失，实际上在python中，package也是一个特殊的module：
>>> type(a)
>>> <type 'module'>
同样，如果sys.path中有两个或以上的目录包含同名文件，如module.py，那么位置靠前的目录中的那个会被import，其它的则会被无视

但是dashen不乐意了，他仍然坚持之前的做法，那现在怎么办呢？
请接着往下看

2.利用setuptools来解决这个问题

首先把两个概念简单拿出来说下：

module distribution VS package
python中很少看到library这个词，在其它很多语言中，library指的是：由一些代码逻辑组成的集合，翻译过来是库，一个库通常专门用于提供某一方面的功能。而在python中，官方文档将其称为module distribution，由于它的角色与library基本相同，这里我们索性也称之为python库，一个python库可以包含一个或多个module与package，而一个package又可以包含一个或多个module与package，在某个python库的根目录中，会包含一个setup.py文件，该文件用于安装该python库

实际上，同一个package中的内容是可以分散在不同目录的，比如zope.interface和zope.datatypes这两个python包下的moduel和子package都存在于名称为zope的namespace（命名空间）下
说到这，不得不提到setuptools，setuptools一个专门为python包开发者准备的python包发布管理工具，可以理解为python自带的distutils库的升级版（关于disutils，请百度）。
仍然用上面的例子来说明：
由于dashen的傲娇，他一意孤行的进行开发，而我们自然也按照原计划推进，到了最终发布python库的时候了，假设dashen的python库名为“dashen-lib”，而我们的库名为“our-lib”
our-lib与dashen-lib的setup.py文件分别如下（setup.py文件是啥？setup.py文件用于python库的打包制作，同时，用户安装python库的时候也会用到这个文件，关于setup.py扫盲请baidu，其他人已经把核心内容讲得很清楚了，在这儿又贴一遍实感觉没有必要）：

our-lib：

from setuptools import setup, find_packages
setup(
name = 'our-lib',
version = '1.0',
packages = ['a']
)

dashen-lib：

from setuptools import setup, find_packages
setup(
name = 'dashen-lib',
version = '1.0',
packages = ['a']
)

假设我们与dashen通过以上两个setup.py各自制作了python库的安装包，用户利用安装包同时安装了这两个python库，那么在用户的机器上会存在两个目录：
(用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/dashen-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
(用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/our-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
以后，在每次用户运行python程序的时候，sys.path中就会包含以上两个目录，每个目录中都会包含名为a的文件夹，这个时候我们预感到上面的package同名冲突又要重现了

经过和dashen协商，只要我们双方做以下两件事情

1. 在各自的setup.py中增加一个参数（namespace_packages这个参数在distutils库中不存在）：
   namespace_packages = ['a']
2. 保证各自的a/__init__文件只包含一行：
   __import__('pkg_resources').declare_namespace(__name__)

即可解决问题，最终的setup.py变成了下面这个样子：
our-lib：

from setuptools import setup, find_packages
setup(
name = 'our-lib',
version = '1.0',
packages = ['a']
)

dashen-lib：

from setuptools import setup, find_packages
setup(
name = 'dashen-lib',
version = '1.0',
packages = ['a']
)

经过我们的重新打包，用户使用就不会有任何问题了

3.打破砂锅

除了我们往__init__.py中加的那一行之外，namespace_packages这个参数那么究竟改变了什么呢？
让我们先看下在添加这个参数之前，用户安装了our-lib和dashen-lib之后这两个库安装目录下的文件内容：
our-lib
ls -l (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/our-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 dependency_links.txt
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 not-zip-safe
-rw-r--r-- 1 root root 189 Jul 2 19:53 PKG-INFO
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 SOURCES.txt
-rw-r--r-- 1 root root 2 Jul 2 19:53 top_level.txt

dashen-lib
ls -l (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/dashen-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 dependency_links.txt
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 not-zip-safe
-rw-r--r-- 1 root root 189 Jul 2 19:53 PKG-INFO
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 SOURCES.txt
-rw-r--r-- 1 root root 2 Jul 2 19:53 top_level.txt

添加参数之后：
our-lib
[root@localhost ~]# ls -l (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/our-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 dependency_links.txt
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 namespace_packages.txt
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 not-zip-safe
-rw-r--r-- 1 root root 189 Jul 2 19:53 PKG-INFO
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 SOURCES.txt
-rw-r--r-- 1 root root 2 Jul 2 19:53 top_level.txt

dashen-lib
[root@localhost ~]# ls -l (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/dashen-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 dependency_links.txt
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 namespace_packages.txt
-rw-r--r-- 1 root root 1 Jul 2 19:53 not-zip-safe
-rw-r--r-- 1 root root 189 Jul 2 19:53 PKG-INFO
-rw-r--r-- 1 root root 240 Jul 2 19:53 SOURCES.txt
-rw-r--r-- 1 root root 2 Jul 2 19:53 top_level.txt

我们可以发现，在两个库的安装目录下都出现了一个新文件：namespace_packages.txt，这个文件的内容其实非常简单：
[root@localhost ~]# cat (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/dashen-lib-1.0-py2.7.egg/our-lib/namespace_packages.txt
a
[root@localhost ~]# cat (用户python安装路径)/lib/python2.7/site-packages/dashen-lib-1.0-py2.7.egg/dashen-lib/namespace_packages.txt
a

可以得知：python就是通过namespace_packages.txt中的内容与a中__init__我们新加的那一行来解决package名称冲突的，相当于把our-lib和dashen-lib的package a 合并成了一个统一的package a

4.后记

• 本文只针对一层package的情况进行了说明，实际上，多层package也可能存在同名冲突
  比如：dashen与我们都认为有必要在a中增加一个package b，这个时候就必须在setup.py将b加入到namespace_packages参数中：`packages = [‘a’，’a.b’]
• python3.3中也有类似的功能，但由于博主本人主要在2.7版本下折腾，因而就此作罢了

参考文献：
1. Learning Python 5th Ed
2. http://setuptools.readthedocs.io/en/latest/setuptools.html?highlight=namespace#namespace-packages