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詳解Python編程中對Monkey Patch猴子補丁開發(fā)方式的運用

 更新時間:2016年05月27日 19:02:37   作者:有心故我在  
Monkey Patch猴子補丁方式是指在不修改程序原本代碼的前提下,通過添加類或模塊等方式在程序運行過程中加入代碼,下面就來進一步詳解Python編程中對Monkey Patch猴子補丁開發(fā)方式的運用

Monkey patch就是在運行時對已有的代碼進行修改,達到hot patch的目的。Eventlet中大量使用了該技巧,以替換標準庫中的組件,比如socket。首先來看一下最簡單的monkey patch的實現(xiàn)。

class Foo(object):
  def bar(self):
    print 'Foo.bar'

def bar(self):
  print 'Modified bar'

Foo().bar()

Foo.bar = bar

Foo().bar()

由于Python中的名字空間是開放,通過dict來實現(xiàn),所以很容易就可以達到patch的目的。

Python namespace

Python有幾個namespace,分別是

  • locals
  • globals
  • builtin

其中定義在函數(shù)內(nèi)聲明的變量屬于locals,而模塊內(nèi)定義的函數(shù)屬于globals。

Python module Import & Name Lookup

當我們import一個module時,python會做以下幾件事情

  • 導入一個module
  • 將module對象加入到sys.modules,后續(xù)對該module的導入將直接從該dict中獲得
  • 將module對象加入到globals dict中

當我們引用一個模塊時,將會從globals中查找。這里如果要替換掉一個標準模塊,我們得做以下兩件事情

將我們自己的module加入到sys.modules中,替換掉原有的模塊。如果被替換模塊還沒加載,那么我們得先對其進行加載,否則第一次加載時,還會加載標準模塊。(這里有一個import hook可以用,不過這需要我們自己實現(xiàn)該hook,可能也可以使用該方法hook module import)
如果被替換模塊引用了其他模塊,那么我們也需要進行替換,但是這里我們可以修改globals dict,將我們的module加入到globals以hook這些被引用的模塊。
Eventlet Patcher Implementation

現(xiàn)在我們先來看一下eventlet中的Patcher的調(diào)用代碼吧,這段代碼對標準的ftplib做monkey patch,將eventlet的GreenSocket替換標準的socket。

from eventlet import patcher

# *NOTE: there might be some funny business with the "SOCKS" module
# if it even still exists
from eventlet.green import socket

patcher.inject('ftplib', globals(), ('socket', socket))

del patcher

inject函數(shù)會將eventlet的socket模塊注入標準的ftplib中,globals dict被傳入以做適當?shù)男薷摹?

讓我們接著來看一下inject的實現(xiàn)。

__exclude = set(('__builtins__', '__file__', '__name__'))

def inject(module_name, new_globals, *additional_modules):
  """Base method for "injecting" greened modules into an imported module. It
  imports the module specified in *module_name*, arranging things so
  that the already-imported modules in *additional_modules* are used when
  *module_name* makes its imports.

  *new_globals* is either None or a globals dictionary that gets populated
  with the contents of the *module_name* module. This is useful when creating
  a "green" version of some other module.

  *additional_modules* should be a collection of two-element tuples, of the
  form (, ). If it's not specified, a default selection of
  name/module pairs is used, which should cover all use cases but may be
  slower because there are inevitably redundant or unnecessary imports.
  """
  if not additional_modules:
    # supply some defaults
    additional_modules = (
      _green_os_modules() +
      _green_select_modules() +
      _green_socket_modules() +
      _green_thread_modules() +
      _green_time_modules())

  ## Put the specified modules in sys.modules for the duration of the import
  saved = {}
  for name, mod in additional_modules:
    saved[name] = sys.modules.get(name, None)
    sys.modules[name] = mod

  ## Remove the old module from sys.modules and reimport it while
  ## the specified modules are in place
  old_module = sys.modules.pop(module_name, None)
  try:
    module = __import__(module_name, {}, {}, module_name.split('.')[:-1])

    if new_globals is not None:
      ## Update the given globals dictionary with everything from this new module
      for name in dir(module):
        if name not in __exclude:
          new_globals[name] = getattr(module, name)

    ## Keep a reference to the new module to prevent it from dying
    sys.modules['__patched_module_' + module_name] = module
  finally:
    ## Put the original module back
    if old_module is not None:
      sys.modules[module_name] = old_module
    elif module_name in sys.modules:
      del sys.modules[module_name]

    ## Put all the saved modules back
    for name, mod in additional_modules:
      if saved[name] is not None:
        sys.modules[name] = saved[name]
      else:
        del sys.modules[name]

  return module

注釋比較清楚的解釋了代碼的意圖。代碼還是比較容易理解的。這里有一個函數(shù)__import__,這個函數(shù)提供一個模塊名(字符串),來加載一個模塊。而我們import或者reload時提供的名字是對象。

if new_globals is not None:
  ## Update the given globals dictionary with everything from this new module
  for name in dir(module):
    if name not in __exclude:
      new_globals[name] = getattr(module, name)

這段代碼的作用是將標準的ftplib中的對象加入到eventlet的ftplib模塊中。因為我們在eventlet.ftplib中調(diào)用了inject,傳入了globals,而inject中我們手動__import__了這個module,只得到了一個模塊對象,所以模塊中的對象不會被加入到globals中,需要手動添加。
這里為什么不用from ftplib import *的緣故,應該是因為這樣無法做到完全替換ftplib的目的。因為from … import *會根據(jù)__init__.py中的__all__列表來導入public symbol,而這樣對于下劃線開頭的private symbol將不會導入,無法做到完全patch。

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