Python导入机制-查找模块

查找module的过程

在import的第一个阶段，主要是完成了查找要引入模块的功能，这个查找的过程如下：

检查 sys.modules (保存了之前import的类库的缓存），如果module被找到，则⾛到第二步。
检查 sys.meta_path。meta_path 是一个 list，⾥面保存着一些 finder 对象，如果找到该module的话，就会返回一个finder对象。
检查⼀些隐式的finder对象，不同的python实现有不同的隐式finder，但是都会有 sys.path_hooks, sys.path_importer_cache 以及sys.path。
抛出 ImportError。

sys.modules

对于第一步中sys.modules，我们可以打开Python来实际的查看一下其内容：

Python 2.7.10 (default, Aug 22 2015, 20:33:39)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 7.0.0 (clang-700.0.59.1)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>> import sys
>> sys.modules
{'copy_reg': <module 'copy_reg' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/copy_reg.pyc'>, 'sre_compile': <module 'sre_compile' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/sre_compile.pyc'>, '_sre': <module '_sre' (built-in)>, 'encodings': <module 'encodings' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/encodings/__init__.pyc'>, 'site': <module 'site' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/site.pyc'>, '__builtin__': <module '__builtin__' (built-in)>, 'sysconfig': <module 'sysconfig' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/sysconfig.pyc'>, 'encodings.encodings': None, '__main__': <module '__main__' (built-in)>, 'supervisor': <module 'supervisor' (built-in)>, 'abc': <module 'abc' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/abc.pyc'>, 'posixpath': <module 'posixpath' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/posixpath.pyc'>, '_weakrefset': <module '_weakrefset' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/_weakrefset.pyc'>, 'errno': <module 'errno' (built-in)>, 'encodings.codecs': None, 'sre_constants': <module 'sre_constants' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/sre_constants.pyc'>, 're': <module 're' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/re.pyc'>, '_abcoll': <module '_abcoll' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/_abcoll.pyc'>, 'types': <module 'types' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/types.pyc'>, '_codecs': <module '_codecs' (built-in)>, 'encodings.__builtin__': None, '_warnings': <module '_warnings' (built-in)>, 'genericpath': <module 'genericpath' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/genericpath.pyc'>, 'stat': <module 'stat' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/stat.pyc'>, 'zipimport': <module 'zipimport' (built-in)>, '_sysconfigdata': <module '_sysconfigdata' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/_sysconfigdata.pyc'>, 'mpl_toolkits': <module 'mpl_toolkits' (built-in)>, 'warnings': <module 'warnings' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/warnings.pyc'>, 'UserDict': <module 'UserDict' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/UserDict.pyc'>, 'encodings.utf_8': <module 'encodings.utf_8' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/encodings/utf_8.pyc'>, 'sys': <module 'sys' (built-in)>, '_osx_support': <module '_osx_support' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/_osx_support.pyc'>, 'codecs': <module 'codecs' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/codecs.pyc'>, 'readline': <module 'readline' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/lib-dynload/readline.so'>, 'os.path': <module 'posixpath' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/posixpath.pyc'>, '_locale': <module '_locale' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/lib-dynload/_locale.so'>, 'signal': <module 'signal' (built-in)>, 'traceback': <module 'traceback' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/traceback.pyc'>, 'linecache': <module 'linecache' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/linecache.pyc'>, 'posix': <module 'posix' (built-in)>, 'encodings.aliases': <module 'encodings.aliases' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/encodings/aliases.pyc'>, 'exceptions': <module 'exceptions' (built-in)>, 'sre_parse': <module 'sre_parse' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/sre_parse.pyc'>, 'os': <module 'os' from '/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/os.pyc'>, '_weakref': <module '_weakref' (built-in)>}
>> sys.modules['zlib'].__file__
'/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/lib-dynload/zlib.so'

可以看到sys.modules已经保存了一些包的信息，由这些信息，我们就可以直接知道要查找的包的位置等信息。

finder、loader和importer

我们提到了sys.meta_path中保证了一些finder对象。在python中，不仅定义了finder的概念，还定义了loader和importor的概念。

finder的任务是决定自己是否根据名字找到相应的模块，在py2中，finder对象必须实现find_module()方法，在py3中必须要实现find_module()或者find_loader（)方法。如果finder可以查找到模块，则会返回一个loader对象(在py3.4中，修改为返回一个module specs)。
loader则是负责加载模块，它必须实现一个load_module()的方法。
importer 则指一个对象，实现了finder和loader的方法。因为Python是duck type，只要实现了方法，就可以认为是该类。

sys.meta_path

在Python查找的时候，如果在sys.modules没有查找到，就会依次调用sys.meta_path中的finder对象。默认的情况下，sys.meta_path是一个空列表，并没有任何finder对象。

我们可以向sys.meta_path中添加一些定义的finder，来实现对Python加载模块的修改。比如下例，我们实现了一个会将每次加载包的信息打印出来的finder。

from __future__ import print_function
import sys

class Watcher(object):
@classmethod
def find_module(cls, name, path, target=None):
print("Importing", name, path, target)
return None

sys.meta_path.insert(0, Watcher)

import socket

当我们执行的时候，就可以看到系统加载socket包时所发生的事情。

liuchang@localhost  ~/Codes/pycon/ex5_meta_path
$ python finder1.py
Importing socket None None
Importing _socket None None
Importing functools None None
Importing _functools None None
Importing _ssl None None
Importing cStringIO None None

sys.path hook

Python import的hook分为二类，一类是上一章节已经描述的meta hook，另一类是 path hook。

当处理sys.path（或者package.path)时，就会调用对应的一部分的 Pack hook。Path Hook是通过向sys.path_hooks 中添加一个importer生成器来注册的。

sys.path_hooks 是由可被调用的对象组成，它会顺序的检查以决定他们是否可以处理给定的sys.path的一项。每个对象会使用sys.path项的路径来作为参数被调用。如果它不能处理该路径，就必须抛出ImportError，如果可以，则会返回一个importer对象。之后，不会再尝试其它的sys.path_hooks对象，即使前一个importer出错了。