Python 虛擬環境--venv

隨著使用 Python 的過程, 我們可能會遇到某個程式需要 A 版本的 M 套件, 但是另一個程式卻只能和 B 版本的 M 套件相容, 或是我們只想測試一下 M 套件, 但不希望因為安裝了 M 套件導致 Python 環境安裝了 M 套件所倚賴的其他套件, 這時我們就可以利用 venv 模組提供的虛擬環境功能, 建立獨立的 Python 環境, 客製安裝所需的套件, 而不會弄亂系統本身的 Python 環境。

建立虛擬環境

要建立虛擬環境, 必須執行 venv 模組, 並以要放置虛擬環境資料的路徑為參數, 指定的路徑若不存在, venv 會自動建立。Windows 上建立虛擬環境的指令如下：

❯ py -m venv testenv

在 Mac/Linux 下的指令如下：

$ python3 -m venv testenv

在 Linux 上, 可能會遇到沒有安裝 venv 的情況：

$ python3 -m venv testenv
The virtual environment was not created successfully because ensurepip is not
available.  On Debian/Ubuntu systems, you need to install the python3-venv
package using the following command.

    apt-get install python3-venv

You may need to use sudo with that command.  After installing the python3-venv
package, recreate your virtual environment.

Failing command: ['/home/meebox/code/testenv/bin/python3', '-Im', 'ensurepip', '--upgrade', '--default-pip']

只要使用系統套件管理程式安裝即可, 以下以 apt 為例：

$ sudo apt install python3-venv

實際上建立虛擬環境就是在該路徑下複製一份 Python 的檔案, 包括執行檔以及必要的資料夾結構, 內容就跟剛安裝好的 Python 近似。

後續的實驗會以我的 Python 系統已經安裝的 numpy 為觀察標的, 這裡先查看目前安裝的 numpy 套件版本：

$ pip3 show numpy
Name: numpy
Version: 1.22.2
Summary: NumPy is the fundamental package for array computing with Python.
Home-page: https://www.numpy.org
Author: Travis E. Oliphant et al.
Author-email: None
License: BSD
Location: /home/meebox/.local/lib/python3.9/site-packages
Requires:
Required-by:

表示我的 Python 系統上安裝有 1.22.2 版的 numpy 套件。

轉換到虛擬環境

要使用剛剛建立的虛擬環境, 必須啟用 (activate) 它, 在 Windows 上必須執行虛擬環境路徑的 Scripts 資料夾下的 activate.ps1 指令：

❯ .\testenv\Scripts\activate.ps1

(testenv) ❯

若你不是使用 PowerShell, 而是使用命令提示字元, 要執行的是 activate.bat。

切換成功會看到提示符號會多顯示出虛擬環境資料夾的名稱 (實際顯示的位置視你的提示符號設定而定)。

在 Linux 上, 要使用 source 指令執行虛擬環境路徑 bin 資料夾下的 activate 草稿碼：

$ source testenv/bin/activate

~/code (testenv) $

如果你使用的是 csh 或是 fish shell, 要改成對應的 activate.csh 或是 activate.fish 草稿碼檔。

切換成功一樣會顯示虛擬環境的資料夾名稱。

啟用的程序實際上就是修改環境變數, 讓你改成執行虛擬環境資料夾下的這一份 Python, 即使安裝套件, 也是安裝到虛擬環境的資料夾下。

測試獨立的虛擬環境

我們可以查看在啟用的虛擬環境中, 是不是有原本安裝在 Python 系統的 numpy 套件：

(testenv) $ pip3 show numpy
WARNING: Package(s) not found: numpy

你會發現虛擬環境中根本就沒有安裝 numpy 套件。這裡我們安裝上一版 1.21.0 的 numpy：

(testenv) $ pip3 install numpy==1.21.0
Collecting numpy==1.21.0
  ...
Installing collected packages: numpy
Successfully installed numpy-1.21.0

稍後我們就可以在離開虛擬環境後確認是否會影響到系統的 Python 環境。

離開虛擬環境

啟用虛擬環境後, 會新增 deactivate 指令, 在任何地方下達此指令, 即可離開虛擬環境, 在 Windows 的示範如下：

(testenv) ❯ deactivate

❯

Linux 下則是：

(testenv) $ deactivate

$

你會發現離開虛擬環境後, 提示符號就不會再出現虛擬環境的資料夾名稱了。

這個 deactivate 在 PowerShell 或是 Linux 下是一個在啟用虛擬環境時建立的 shell 函式, 所以不論是在哪個路徑下都可以執行。在命令提示字元下, deactivate 其實是存在於 Scripts 資料夾下的批次檔 deactivate.bat, 但因為在啟用虛擬環境時已經將 Scripts 資料夾加入 path 環境變數, 所以也可以在任意路徑下執行。

檢測原始 Python 環境

還記得我們剛剛在虛擬環境中安裝了 1.21.0 版的 numpy 嗎？現在我們檢視一下原本系統上 Python 環境 的 numpy 版本：

$ pip3 show numpy
Name: numpy
Version: 1.22.2
Summary: NumPy is the fundamental package for array computing with Python.
Home-page: https://www.numpy.org
Author: Travis E. Oliphant et al.
Author-email: None
License: BSD
Location: /home/meebox/.local/lib/python3.9/site-packages
Requires:
Required-by:

你會看到還是原本的 1.22.0, 不會受到虛擬環境的影響, 也就是說, 我們現在有兩個 Python 環境, 想用 1.21.0 版的 numpy 時, 可以切換到虛擬環境, 想用 1.22.0 版的 numpy, 就回到系統本身的環境, 甚至還可以依據需要, 建立其他的虛擬環境。

更新依附的 Python 版本

如果你安裝了其他版本的 Python, 想要讓虛擬環境改用特定的 Python, 只要使用 --upgrade 選項更新虛擬環境即可。例如以下原本建立虛擬環境的時候, 使用的是 Python 3.10.9：

> .\testenv\Scripts\activate
(testenv) > python --version
Python 3.10.9
(testenv) > deactivate
>

而現在系統上預設的 Python 是 3.11.2 版：

> python --version
Python 3.11.2

透過以下指令, 即可讓現有的虛擬環境改用 3.11.2 版：

> python -m venv --upgrade testenv
> .\testenv\Scripts\activate
(testenv) > python --version
Python 3.11.2
(testenv) >

這並不限於更新版本, 也可以轉換到舊到的版本。

刪除虛擬環境

若要刪除虛擬環境, 由於虛擬環境的資料的資料全部都在單一資料夾中, 所以只要先離開虛擬環境, 再將虛擬環境的資料夾刪除即可。

小結

初學階段可能不會覺得有必要使用虛擬環境, 不過隨著應用的複雜度提升, 適度使用虛擬環境區隔不同的需求是個好主意, 甚至萬一不小心把 Python 環境弄亂了, 也不必急著清理, 先建一個乾淨的虛擬環境應急也是不錯的權宜措施。