import模块

1 import原理

导入一个模块时，Python 首先会检查 sys.modules 这个字典。如果模块已经存在于 sys.modules 中（即已经被导入过），Python 会直接返回该模块，避免重复加载，确保了模块的单例性。

在 import 一个模块前后，观察 sys.modules.keys() 的变化，可以看到新导入的模块名被添加了进去。如下：

import sys
list(sys.modules.keys())[:10]

'numpy' in sys.modules.keys() # False

import numpy
list(sys.modules.keys())[:10]

'numpy' in sys.modules.keys() # True

import语句不仅仅加载模块，还负责执行模块中所有的顶级语句。这意味着，模块中的任何初始化代码都将被执行。

2 三种import方法

• 方法一（import module_name ）：最常见的导入方式。

• 方法二（__import__('module_name')）：这是一个内置函数，底层由 Python 解释器调用，用于实现 import 语句的功能。

• 方法三（importlib.import_module('module_name')）： importlib 模块提供的一个函数，推荐在需要动态导入模块时使用。

3 如何让外部模块在不修改代码的情况下被 import

有时我们需要导入位于非标准路径的模块，或者替换系统自带的模块。在不直接修改代码中的 import 语句的情况下，有以下几种常用方法：

1. 修改 sys.path

   将模块所在的目录路径添加到 sys.path 中。由于 sys.path 是一个列表，我们可以使用 sys.path.insert(0, 'your/module/path') 将路径添加到列表的开头，确保你的模块优先被搜索到。

2. 通过 PYTHONPATH 环境变量 PYTHONPATH 是一个环境变量，可以用来指定额外的模块搜索路径。在启动 Python 解释器之前，设置 PYTHONPATH 变量，将模块所在的目录添加到其中，Python 解释器会自动将其内容添加到 sys.path 中。

   例如：

   export PYTHONPATH="./your_lib_folder"; python -c "import your_lib"

3. 使用 .pth 文件

   在 site-packages 目录下创建以 .pth 为后缀的文件。这些文件中可以包含额外的模块搜索路径，每行一个路径。当 Python 解释器启动时，它会自动读取这些 .pth 文件，并将其中的路径添加到 sys.path 中。 .pth文件不仅可以包含路径，还可以包含Python代码。这对于更高级的配置非常有用，比如条件性地添加路径或者执行一些初始化代码。

   例如：

   import sys
   if sys.platform == 'win32':
       sys.path.append('C:/Windows/System32')

4 import Hook

import Hook 是一种更高级的技巧，它允许我们干预 Python 的导入过程。通过实现 import Hook，我们可以在模块被查找、加载和执行的各个阶段插入自定义逻辑。

这使得我们可以实现一些自定义功能，例如：

4.1 检测 import 了哪些模块

可以用来监控程序的依赖关系。

impl = __import__
def my_importer(*args, **kwargs):
    print("** importing: " + args[0])
    return impl(*args, **kwargs)
__builtins__.__import__ = my_importer

4.2 模块替换（Monkey Patching）

在不修改原始代码的情况下，用自定义的实现替换系统库或第三方库的某个部分。这在测试、调试或临时修复 Bug 时非常有用。

例如，替换 urllib2.urlopen 的行为，使其在本地测试时指向一个模拟服务。

# 原始的urllib.request模块中的urlopen函数
import urllib.request

# 保存原始函数的引用
original_urlopen = urllib.request.urlopen

# 自定义的替代函数
def mock_urlopen(url, *args, **kwargs):
    print(f"Mock: 正在请求URL: {url}")
    
    # 模拟不同URL的返回内容
    if 'api/users' in str(url):
        import io
        return io.BytesIO(b'{"users": ["测试用户1", "测试用户2"]}')
    else:
        # 对于其他URL，调用原始函数
        return original_urlopen(url, *args, **kwargs)

# 替换原始函数
urllib.request.urlopen = mock_urlopen

# 现在，代码中任何对urllib.request.urlopen的调用都会使用mock_urlopen
# 例如:
response = urllib.request.urlopen('https://example.com/api/users')
print(response.read())

参考

1. Python系列直播——深入Python与日志服务，玩转大规模数据分析处理实战系列直播第6六讲-云视频-阿里云开发者社区

2. Python 中的 import 机制 - 知乎

3. Python如何import不同文件夹下的文件(module) - 知乎

4. Python模块导入机制深度解析：importlib的10个关键使用技巧与高级特性 - CSDN文库