python 虚拟环境的原理分析

摘要说明：

本文对python虚拟环境的原理，进行了一些简单分析；分析清楚后，当机器中安装了多个版本的python或已经存在多个虚拟环境时，可以很清楚地知道应该如何处理，控制自己所需要运行的python解释器，并安装依赖库到自己指定的python环境中。

一. python 虚拟环境的创建实例

python虚拟环境，是为不同的python项目创建了一个隔离运行环境，拥有自己独立的python解释器和依赖库。创建python虚拟环境的方法有很多，由于python 3.5后，已经自带了默认库venv，因此，就以venv来演示创建虚拟环境。

在Dos命令行模式下，先创建一个总目录venv_demo，用来集中管理虚拟环境；然后，进入该目录：

• 创建虚拟环境： python –m venv env_A

• 激活虚拟环境：env_A\scripts\activate

• 安装依赖库： pip install click (可查看目录： env_A\Lib\site-packages)

• 启动python解释器：python

• 退出python 解释器：exit()

• 退出虚拟环境：deactivate

按以上同样的操作，你可以创建其他名称的虚拟环境，如 env_B, 并安装依赖库pip install tqdm ，不安装click（可查看目录：env_B\Lib\site-packages）。

完成以上2个虚拟环境的创建和依赖库的安装后，可以分别激活不同的虚拟环境，然后在运行python后，观察执行import click ， import tqdm的结果，以确认它们确实为2个独立的隔离环境。

二. python虚拟环境的原理分析

请认真理解接下来的几点分析：

1. 开启的python解释器环境，取决于实际运行的python.exe文件

1. 依赖库安装的位置，取决于实际运行的pip.exe文件的位置

1. 执行 python 命令，将根据path路径优先级，查找并运行第1个找到的python.exe

1. 执行 pip 命令，将根据path路径优先级，查找并运行第1个找到的pip.exe

1. 可以不用简化的python, pip 命令，而是直接指定要运行的python.exe, pip.exe

如何获知python, pip 命令运行时会首先找到的python.exe,pip.exe的文件位置：

在命令行中，输入：where python 或 where pip , 排在第1位的就是。

如何获知当前正在运行的python.exe的文件位置：

Importsys

sys.executable

充分理解和运用以上原理分析和工具命令，就可以了解和控制需要运行的python环境，并安装依赖库到指定的python库目录。

有时大家不确定具体会运行哪个版本的python或 pip安装的依赖库到哪里去了，关键原因是由于我们已经习惯了只使用 python 或 pip 命令，而具体运行哪个目录下的python.exe,pip.exe, 是操作系统根据path来查找的。而大部分的python安装说明，都是在告诉我们应该如何设置环境变量或激活相应的虚拟环境。而为什么要这么做呢？

其目的就是：在当前命令行运行环境下，通过激活虚拟环境，可将我们指定的环境变量或虚拟环境的目录加到path变量的最前面位置，这样当我们只键入python或 pip时，系统就会优先找到并运行我们需要的python.exe,pip.exe。若path的设置或系统查找的顺序不如所愿，出来的结果就不好理解和控制了。

三. 基于原理分析，对创建虚拟环境实例进行说明

本文第一步中使用的命令和操作看起来没有什么特殊。在以上原理分析的基础上，我们再仔细分析一下具体运行的文件是什么：

序号	命令	说明
1）	创建虚拟环境： python –m venv env_A	这时，运行的python.exe, 是系统通过path设置，首先找到的python.exe，（可通过where python 来获得），创建的新的虚拟环境的python版本，跟本次运行的python.exe的版本一致。
2）	激活虚拟环境： env_A\scripts\activate	该命令，明确执行的是 env_A\scripts\activate 命令，该命令执行后，会激活env_A虚拟环境，关键就是把虚拟环境env_A\scripts的路径信息，加到了 path的第1位（查看 activate文件的源代码，可以更清楚地了解到是怎么做的）
3）	安装依赖库： pip install click	由于已经将env_A\scripts的路径信息加到了path的第1位，因此，执行pip 时，运行的将是 env_A\scripts\pip.exe文件；依赖库安装的位置，也将是 env_A环境中的库目录 env_A\Lib\site-packages
4）	启动python解释器： python	由于已经将env_A\scripts的路径信息加到了path的第1位，因此，执行python时，运行的将是env_A\scripts\python.exe
5）	退出python 解释器： exit()
6）	退出虚拟环境： deactivate	由于已经将env_A\scripts的路径信息加到了path的第1位， deactivate 执行时，运行将是 env_A\scripts\deactivate.bat 文件，退出env_A虚拟环境，将env_A\scripts的路径信息从path中删除。 （查看deactivate.bat文件的源代码，可以更清楚地了解到是怎么做的）

以上都在常规操作，我们用非常规操作再分析一次：

序号	命令	说明
1）	激活虚拟环境： env_A\scripts\activate	该命令，明确执行的是 env_A\scripts\activate 命令，该命令执行后，就会把虚拟环境env_A\scripts的路径信息，加到 path的第1位
2）	安装依赖库： env_B\script\pip.exe install yarl	执行 pip, 将会运行 env_A\scripts\pip.exe, 而我们现在指定运行env_B\scripts\pip.exe文件，大家分析一下，yarl依赖库会安装在哪里： env_A\Lib\site-packages （错） env_B\Lib\site-packages （对）
3.1）	启动python解释器： python import yarl	env_A激活时，执行python，运行的将是env_A\scripts\python.exe，启动的是env_A的python运行环境；但由于没有安装 yarl, 执行 import yarl ，会提示没有该模块
3.2）	启动python解释器： env_B\scripts\python.exe import yarl	env_A激活时， 指定运行env_B\scripts\python.exe，启动的是 env_B中的python运行环境；由于已经安装了yarl, 执行 import yarl, 没有问题。
4）	退出虚拟环境： deactivate	由于已经将env_A\scripts的路径信息加到了path的第1位， deactivate 执行时，运行将是 env_A\scripts\deactivate.bat 文件，退出env_A环境，将env_A\scripts的路径信息从path中删除。

不同的创建python虚拟环境的工具，在具体实现和功能扩展上，可能会有些不同，但需要明确了解并控制运行的python.exe, pip.exe的文件位置，这一要求对我们来说应该是不变的。在理解了这一原理后，可以灵活运用，为自己的项目更方便地创建需要的python环境。

比如stable-diffusion-webui, 就是将虚拟环境目录固定创建在项目的venv目录中，然后结合 webui.bat文件，固定调用 venv 目录中的 python.exe, pip.exe, 来控制和安装项目所需要的python版本和依赖库的安装位置。