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原文：https://alpopkes.com/posts/python/packaging_tools

譯文：https://juejin.cn/post/7325611798135767090 

譯者：hashcon 作者在 EuroPython 2023 上的演講：https://www.youtube.com/watch?v=3-drZY3u5vo 譯者做的視頻翻譯版本：https://www.bilibili.com/video/BV1EC4y1C7f8

背景知識(shí)

當(dāng)我開始使用 Python 并創(chuàng)建我的第一個(gè)包時(shí)，我很困惑。創(chuàng)建和管理包似乎比我預(yù)想的要困難得多。此外，存在多種工具，但我不確定該使用哪一種。我相信你們大多數(shù)人過去都遇到過同樣的問題。Python 有無數(shù)的工具來管理虛擬環(huán)境和創(chuàng)建包，但很難（或幾乎不可能）了解哪一個(gè)適合您的需求。存在一些關(guān)于該主題的演講和博客文章，但它們都沒有給出完整的概述或以結(jié)構(gòu)化的方式評(píng)估這些工具。這就是這篇文章的主題。

工具分類

本文劃分五個(gè)對(duì)于環(huán)境和包管理方面很重要的類別：

• Python 版本管理
• 包管理
• 環(huán)境管理（主要涉及虛擬環(huán)境）
• 包構(gòu)建
• 包發(fā)布

正如下面的維恩圖中所示，存在很多工具。有些是單一用途的，有些是多面手：

讓我們從開發(fā)人員的角度來瀏覽一下這些類別：假設(shè)您同時(shí)處理個(gè)人項(xiàng)目和工作項(xiàng)目。在工作中，您使用的是 Python 3.7，而您的個(gè)人項(xiàng)目應(yīng)該使用最新的 Python 版本（當(dāng)前為 3.11）。換句話說：您希望能夠安裝不同的 Python 版本并在它們之間進(jìn)行切換。這就是我們的第一個(gè)類別，Python 版本管理的內(nèi)容。

在您的項(xiàng)目中，您正在使用其他軟件包（例如 pandas 或 sklearn 用于數(shù)據(jù)科學(xué)）。這些是您必須安裝和管理的項(xiàng)目的依賴項(xiàng)（例如，在發(fā)布新版本時(shí)進(jìn)行升級(jí)）。這就是包管理的意義所在。

由于不同的項(xiàng)目可能需要同一包的不同版本，因此您需要?jiǎng)?chuàng)建（和管理）虛擬環(huán)境以避免依賴沖突。用于此目的的工具收集在環(huán)境管理類別中。大多數(shù)工具使用虛擬環(huán)境，但有些工具使用另一個(gè)稱為 “本地包”（Local Packages） 的概念，我們稍后會(huì)討論。

您可能希望與其他開發(fā)人員共享您的代碼。為此，您首先必須構(gòu)建包（包構(gòu)建），然后才能將其發(fā)布到 PyPI 或其他索引（包發(fā)布）。

下面我們將更詳細(xì)地了解每個(gè)類別，包括簡短的定義、動(dòng)機(jī)和可用的工具。我將在最后的單獨(dú)部分中更詳細(xì)地介紹一些單一用途工具和一些多用途工具。我們先從第一類開始：Python 版本管理。

Python版本管理

定義

一個(gè)可以進(jìn)行 Python 版本管理的工具，可以讓你輕松安裝 Python 版本并在它們之間切換。

動(dòng)機(jī)

為什么我們要使用不同的 Python 版本？有幾個(gè)原因。例如，您可能正在處理多個(gè)項(xiàng)目，其中每個(gè)項(xiàng)目都需要不同的 Python 版本。或者，您可能開發(fā)一個(gè)支持多個(gè) Python 版本的項(xiàng)目，并且想要測試所有版本。除此之外，檢查最新的 Python 版本所提供的功能，或者測試 Python 的預(yù)發(fā)布版本是否存在錯(cuò)誤也是不錯(cuò)的選擇。

工具

我們的維恩圖顯示了可用于 Python 版本管理的工具：pyenv, conda, rye 和 PyFlow。我們將首先在單獨(dú)的部分中查看 pyenv 并考慮多用途工具。

Python 自帶一個(gè)單一用途的工具，可讓您安裝和管理 Python 版本：pyenv！Pyenv 很容易使用。最重要的命令如下：

# 安裝特定版本的 Python
pyenv install 3.10.4

# 在不同的 Python 版本之間切換

# 僅針對(duì)當(dāng)前 shell 切換 Python 版本
pyenv shell <version> 
# 在這個(gè)目錄下，自動(dòng)使用某個(gè) Python 版本
pyenv local <version> 
# 針對(duì)當(dāng)前用戶，全局設(shè)定 Python 版本
pyenv global <version> 

（虛擬）環(huán)境管理

定義

環(huán)境管理工具，允許您創(chuàng)建和管理（虛擬）環(huán)境。

動(dòng)機(jī)

為什么我們首先要使用環(huán)境？正如一開始提到的，項(xiàng)目有特定的要求（即它們依賴于其他包）。通常情況下，不同的項(xiàng)目需要同一包的不同版本。這可能會(huì)導(dǎo)致依賴沖突。此外，使用 pip install 安裝包時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)樵摪c系統(tǒng)范圍的 Python 安裝一起放置。其中一些問題可以通過使用命令 --user 中的標(biāo)志來解決。然而，這個(gè)選項(xiàng)可能并不是每個(gè)人都知道，尤其是初學(xué)者。

工具

許多工具允許用戶創(chuàng)建和管理環(huán)境。它們是：venv, virtualenv, pipenv, conda, pdm, poetry, hatch, rye 和 PyFlow。其中只有兩個(gè)是單一用途工具：venv 和 virtualenv。讓我們先來看看這兩個(gè)：

venv

venv（docs.python.org/3/library/v…） 是用于創(chuàng)建虛擬環(huán)境的內(nèi)置 Python 包。最重要的命令如下：

# 創(chuàng)建一個(gè)新的環(huán)境
python3 -m venv <env_name>

# 使用這個(gè)環(huán)境
. <env_name>/bin/activate

# 關(guān)閉這個(gè)環(huán)境
deactivate

virtualenv

virtualenv （virtualenv.pypa.io/en/latest/）嘗試改進(jìn) venv. 它提供的功能更多，速度更快，功能更強(qiáng)大。最重要的命令與 venv 基本一樣：

# 創(chuàng)建一個(gè)新環(huán)境
virtualenv <env_name>

# 啟用這個(gè)環(huán)境
. <env_name>/bin/activate

# 關(guān)閉這個(gè)環(huán)境
deactivate

包管理

pyproject.toml

在我們討論打包之前，我想確保您了解打包最重要的文件：pyproject.toml.

Python 的打包已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，在 PEP 518 之前，setup.py 文件用于打包，setuptools 作為構(gòu)建工具。PEP 518 引入了 pyproject.toml 文件的用法。因此，在創(chuàng)建包時(shí)始終需要一個(gè) pyproject.toml 文件，用于定義項(xiàng)目的設(shè)置、定義元數(shù)據(jù)和許多其他內(nèi)容。一個(gè)示例是 pandas 的 pyproject.toml 文件：

github.com/pandas-dev/…

[build-system]
# Minimum requirements for the build system to execute.
# See https://github.com/scipy/scipy/pull/12940 for the AIX issue.
requires = [
    "meson-python==0.13.1",
    "meson==1.2.1",
    "wheel",
    "Cython==3.0.5",  # Note: sync with setup.py, environment.yml and asv.conf.json
    # Any NumPy version should be fine for compiling.  Users are unlikely
    # to get a NumPy<1.25 so the result will be compatible with all relevant
    # NumPy versions (if not it is presumably compatible with their version).
    # Pin <2.0 for releases until tested against an RC.  But explicitly allow
    # testing the `.dev0` nightlies (which require the extra index).
    "numpy>1.22.4,<=2.0.0.dev0",
    "versioneer[toml]"
]

build-backend = "mesonpy"

[project]
name = 'pandas'
dynamic = [
  'version'
]
description = 'Powerful data structures for data analysis, time series, and statistics'
readme = 'README.md'
authors = [
  { name = 'The Pandas Development Team', email='[email protected]' },
]
license = {file = 'LICENSE'}
requires-python = '>=3.9'
dependencies = [
  "numpy>=1.22.4; python_version<'3.11'",
  "numpy>=1.23.2; python_version=='3.11'",
  "numpy>=1.26.0; python_version>='3.12'",
  "python-dateutil>=2.8.2",
  "pytz>=2020.1",
  "tzdata>=2022.7"
]
classifiers = [
# 省略后續(xù)

.lock 文件

還有一個(gè)對(duì)于打包很重要的文件：鎖定文件（xxx.lock）。pyproject.toml 包含抽象依賴關(guān)系，鎖定文件包含具體依賴關(guān)系。它記錄了為項(xiàng)目安裝的所有依賴項(xiàng)的確切版本（例如 pandas==2.0.3）。這使得項(xiàng)目在多個(gè)平臺(tái)上具有可重復(fù)性，例如下面的 github.com/python-poet…：

# This file is automatically @generated by Poetry 1.7.1 and should not be changed by hand.

[[package]]
name = "build"
version = "1.0.3"
description = "A simple, correct Python build frontend"
optional = false
python-versions = ">= 3.7"
files = [
    {file = "build-1.0.3-py3-none-any.whl", hash = "sha256:589bf99a67df7c9cf07ec0ac0e5e2ea5d4b37ac63301c4986d1acb126aa83f8f"},
    {file = "build-1.0.3.tar.gz", hash = "sha256:538aab1b64f9828977f84bc63ae570b060a8ed1be419e7870b8b4fc5e6ea553b"},
]

[package.dependencies]
colorama = {version = "*", markers = "os_name == \"nt\""}
importlib-metadata = {version = ">=4.6", markers = "python_version < \"3.10\""}
packaging = ">=19.0"
pyproject_hooks = "*"
tomli = {version = ">=1.1.0", markers = "python_version < \"3.11\""}

[package.extras]
docs = ["furo (>=2023.08.17)", "sphinx (>=7.0,<8.0)", "sphinx-argparse-cli (>=1.5)", "sphinx-autodoc-typehints (>=1.10)", "sphinx-issues (>=3.0.0)"]
test = ["filelock (>=3)", "pytest (>=6.2.4)", "pytest-cov (>=2.12)", "pytest-mock (>=2)", "pytest-rerunfailures (>=9.1)", "pytest-xdist (>=1.34)", "setuptools (>=42.0.0)", "setuptools (>=56.0.0)", "setuptools (>=56.0.0)", "setuptools (>=67.8.0)", "wheel (>=0.36.0)"]
typing = ["importlib-metadata (>=5.1)", "mypy (>=1.5.0,<1.6.0)", "tomli", "typing-extensions (>=3.7.4.3)"]
virtualenv = ["virtualenv (>=20.0.35)"]

定義

包管理工具能夠下載和安裝庫及其依賴項(xiàng)。

動(dòng)機(jī)

為什么我們需要包？包允許我們定義模塊的層次結(jié)構(gòu)并使用"."語法，例如 from package.module import my_function 輕松訪問模塊。此外，它們還可以輕松地與其他開發(fā)人員共享代碼。由于每個(gè)包都包含一個(gè) pyproject.toml 定義其依賴項(xiàng)的文件，因此其他開發(fā)人員不必單獨(dú)安裝所需的包，而只需從其 pyproject.toml 文件中安裝該包即可。

工具

許多工具可以執(zhí)行包管理：pip, pipx, pipenv, conda, pdm, poetry, rye 和 PyFlow.

其中，pip 可能是最眾所周知的，它也是這里的專門只用來做包管理的工具。

Python 的標(biāo)準(zhǔn)包管理器是 pip（pip.pypa.io/en/stable/），它隨 Python 一起提供，并允許您從 PyPI 和其他索引安裝包。主要命令（可能是 Python 開發(fā)人員學(xué)習(xí)的第一個(gè)命令之一）是 pip install <package_name>。

多用途工具

接下來進(jìn)入非單一用途的工具

pipenv

顧名思義，pipenv 結(jié)合了 pip 和 virtualenv。它可以執(zhí)行虛擬環(huán)境管理和包管理，正如我們?cè)诰S恩圖中看到的那樣：

pipenv 引入兩個(gè)附加文件：

• Pipfile：是一個(gè) toml 文件（類似于 pyproject.toml），用于定義項(xiàng)目依賴項(xiàng)
• Pipfile.lock：允許確定性構(gòu)建。它消除了對(duì) requirements.txt 文件的需要，并通過鎖定操作自動(dòng)管理。

最重要的pipenv命令是：

# 安裝某個(gè)包
pipenv install <package_name>

# 在虛擬環(huán)境運(yùn)行某個(gè)腳本
pipenv run <script_name.py>

# 啟用虛擬環(huán)境
pipenv shell

Conda

Conda 是一個(gè)通用的包管理系統(tǒng)。這意味著它不限于 Python 包。Conda 是一個(gè)具有很多功能的巨大工具。存在很多教程和博客文章（例如官方的），因此我不會(huì)在這里詳細(xì)介紹。但是，我想提一件事：雖然可以構(gòu)建和發(fā)布包，但 conda 我沒有將該工具包含在適當(dāng)?shù)念悇e中。這是因?yàn)榇虬?conda 工作方式略有不同，并且生成的包將是 conda 包。

特征評(píng)估

接下來我將比較不同工具的以下維度的特點(diǎn)：

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？
• 它允許使用插件嗎？
• 它支持 PEP 660（可編輯安裝：peps.python.org/pep-0660/）嗎？PEP 660 是關(guān)于基于構(gòu)建的可編輯安裝 pyproject.toml。當(dāng)您使用安裝軟件包時(shí)，pip 您可以選擇使用 pip install -e package_name 來以可編輯模式安裝它。當(dāng)您開發(fā)包并希望您的更改直接反映在您的環(huán)境中時(shí)，這是一個(gè)重要的功能。
• 它支持 PEP 621（項(xiàng)目元數(shù)據(jù)：peps.python.org/pep-0621/）嗎？PEP 621 指定如何在 pyproject.toml 文件中寫入項(xiàng)目的核心元數(shù)據(jù)。我添加這個(gè)評(píng)判維度是因?yàn)橐粋€(gè)包（劇透：它是 poetry）當(dāng)前不支持此 PEP，但使用自己的方式來聲明元數(shù)據(jù)。

Flit

Flit（flit.pypa.io/en/stable/）嘗試創(chuàng)建一種簡單的方法將 Python 包和模塊放在 PyPI 上。它有一個(gè)非常具體的用例：它旨在用于打包純 Python 包（即沒有構(gòu)建步驟的包）。它不關(guān)心任何其他任務(wù)：

• Python版本管理：?
• 包管理：?
• 環(huán)境管理：?
• 構(gòu)建包：?
• 發(fā)布包：?

這也反映在我們的維恩圖中：

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？?
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？?
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？?
• 它允許使用插件嗎？?
• 它支持 PEP 660 嗎？?
• 它支持 PEP 621 嗎？?

主要命令有：

# 創(chuàng)建新的 pyproject.toml
flit init

# 構(gòu)建并發(fā)布 
flit publish

Poetry

Poetry 是眾所周知的工具。正如維恩圖中所示，它可以執(zhí)行除 Python 版本管理之外的所有操作：

• Python版本管理：?
• 包管理：?
• 環(huán)境管理：?
• 構(gòu)建包：?
• 發(fā)布包：?

Poetry 不支持 PEP 621。GitHub 上關(guān)于此問題的開放問題已有大約 1.5 年的時(shí)間，但還是沒有解決（github.com/python-poet…）。

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？?
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？?
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？?
• 它允許使用插件嗎？?
• 它支持 PEP 660 嗎？?
• 它支持 PEP 621 嗎？?

主要命令:

# 創(chuàng)建目錄結(jié)構(gòu)和 pyproject.toml
poetry new <project_name>

# 交互式創(chuàng)建 pyproject.toml
poetry init

# 從 pyproject.toml 安裝依賴
poetry install

依賴管理：

# Add dependency
poetry add <package_name>

# Display all dependencies
poetry show --tree
運(yùn)行代碼
# Activate virtual env
poetry shell

# Run script within virtual env
poetry run python <script_name.py>

鎖定文件：首次安裝軟件包時(shí)，Poetry 會(huì)解析 pyproject.toml 文件中列出的所有依賴項(xiàng)并下載最新版本的軟件包。一旦 Poetry 完成安裝，它將所有包和下載的確切版本寫入一個(gè) poetry.lock 文件，將項(xiàng)目鎖定到這些特定版本。建議將鎖定文件提交到您的項(xiàng)目存儲(chǔ)庫，以便所有從事該項(xiàng)目的人員都被鎖定到相同版本的依賴項(xiàng)。要將依賴項(xiàng)更新到最新版本，請(qǐng)使用以下命令：

poetry update

構(gòu)建/發(fā)布流程：

# 打包 (創(chuàng)建 `.tar.gz` 和 `.whl`)
poetry build

# 發(fā)布到 PyPI
poetry publish 

pdm

pdm 是一個(gè)相對(duì)較新的包和依賴項(xiàng)管理器（于 2019 年開始），受到 Poetry 和 PyFlow 的啟發(fā)。您會(huì)注意到，我在本文中并沒有討論 PyFlow。這是因?yàn)?PyFlow 不再活躍，這不再適合快速發(fā)展的打包工具領(lǐng)域。作為一種新工具，pdm 需要 Python 3.7 或更高版本。與其他工具的另一個(gè)區(qū)別是 pdm 允許用戶選擇構(gòu)建后端。

pdm 是唯一在本地包上實(shí)現(xiàn) PEP 582 的工具（除 PyFlow 之外） ，這是實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理的替代方法。請(qǐng)注意，此 PEP 最近被拒絕了。

從維恩圖中可以看出，pdm 位于 Poetry 旁邊。這意味著它可以做除 Python 版本管理之外的所有事情：

• Python版本管理：?
• 包管理：?
• 環(huán)境管理：?
• 構(gòu)建包：?
• 發(fā)布包：?

pdm 的主要命令與 poetry 類似。然而，目前的命令還是比較少。例如，目前沒有 pdm shell 或 pdm new

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？?
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？?
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？?
• 它允許使用插件嗎？?
• 它支持 PEP 660 嗎？?
• 它支持 PEP 621 嗎？?

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目

# 交互式創(chuàng)建 pyproject.toml 
pdm init

# 從 pyproject.toml 安裝包
pdm install

依賴管理

# 添加依賴
pdm add <package_name>

# 展示所有依賴
pdm list --graph

運(yùn)行代碼

# 沒有 shell 命令 

# 使用當(dāng)前環(huán)境運(yùn)行
pdm run python <script_name.py>

鎖定文件：pdm 的鎖定功能與 poetry 類似。首次安裝軟件包時(shí)，pdm 會(huì)解析 pyproject.toml 文件中列出的所有依賴項(xiàng)并下載最新版本的軟件包。pdm 完成安裝后，會(huì)將所有包及其下載的確切版本寫入文件中 pdm.lock，從而將項(xiàng)目鎖定到這些特定版本。建議將鎖定文件提交到您的項(xiàng)目存儲(chǔ)庫，以便所有從事該項(xiàng)目的人員都被鎖定到相同版本的依賴項(xiàng)。要將依賴項(xiàng)更新到最新版本，請(qǐng)使用以下命令：

pdm update

構(gòu)建/發(fā)布流程：

# 打包 (創(chuàng)建 `.tar.gz` 和 `.whl`)
pdm build

# 發(fā)布到 PyPI
pdm publish 

Hatch

Hatch（hatch.pypa.io/latest/）：

• Python版本管理：?
• 包管理：?
• 環(huán)境管理：?
• 構(gòu)建包：?
• 發(fā)布包：?

值得注意的是，Hatch 的作者承諾將很快添加鎖定功能（github.com/pypa/hatch/…）。當(dāng)您閱讀本文時(shí)，請(qǐng)務(wù)必檢查 Hatch 的最新版本，看看是否已實(shí)現(xiàn)此功能。

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？?
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？?
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？?
• 它允許使用插件嗎？?
• 它支持 PEP 660（可編輯安裝）嗎？?
• 它支持 PEP 621（項(xiàng)目元數(shù)據(jù)）嗎？?

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目

# 創(chuàng)建目錄結(jié)構(gòu)以及 pyproject.toml
hatch new <project_name>

# 交互式創(chuàng)建項(xiàng)目
hatch new -i <project_name>

# 初始化現(xiàn)有項(xiàng)目或者創(chuàng)建 pyproject.toml
hatch new --init

依賴管理

# 沒有 add 命令，依賴需要手動(dòng)添加到 pyproject.toml

# 展示依賴
hatch dep show table

運(yùn)行代碼

# 啟用虛擬環(huán)境
hatch shell

# 在虛擬環(huán)境運(yùn)行腳本
hatch run python <script_name.py>

構(gòu)建/發(fā)布流程

#  打包 (創(chuàng)建 `.tar.gz` 和 `.whl`)
hatch build

# 發(fā)布到 PyPI
hatch publish 

聲明式環(huán)境管理：Hatch 的特別之處在于它允許您在文件中配置虛擬環(huán)境 pyproject.toml。此外，它還允許您專門為環(huán)境定義腳本。示例用例是代碼格式化（hatch.pypa.io/1.1/config/…）。

Rye

Rye 最近由 Flask 框架的創(chuàng)建者 Armin Ronacher 開發(fā)（首次發(fā)布于 2023 年 5 月）。它受到編程語言 Rust 的打包工具 rustup 和 cargo 的強(qiáng)烈啟發(fā)。Rye 是用 Rust 編寫的，能夠執(zhí)行維恩圖中的所有任務(wù)：

• Python版本管理：?
• 包管理：?
• 環(huán)境管理：?
• 構(gòu)建包：?
• 發(fā)布包：?

目前，Rye 沒有插件接口。但是，由于定期發(fā)布新版本，因此將來可能會(huì)添加此內(nèi)容。

• 該工具是否管理依賴關(guān)系？?
• 它是否解析/鎖定依賴關(guān)系？?
• 是否有干凈的構(gòu)建/發(fā)布流程？?
• 它允許使用插件嗎？?
• 它支持 PEP 660（可編輯安裝）嗎？?
• 它支持 PEP 621（項(xiàng)目元數(shù)據(jù)）嗎？?

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目：

# 創(chuàng)建目錄結(jié)構(gòu)以及 pyproject.toml
rye init <project_name>

# 指定一個(gè) Python 本本
rye pin 3.10

依賴管理：

# 添加依賴，但是還沒有安裝
rye add <package_name>

# 同步虛擬環(huán)境, 鎖定文件等等
# 在這個(gè)步驟安裝依賴
rye sync

運(yùn)行代碼：

# 啟動(dòng)虛擬環(huán)境
rye shell

# 使用虛擬環(huán)境運(yùn)行腳本
rye run python <script_name.py>

構(gòu)建/發(fā)布流程：

# 打包 (創(chuàng)建 `.tar.gz` 和 `.whl`)
rye build

# 發(fā)布到 PyPI
rye publish 

總結(jié)

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